شرح وتوضيح درس عنصر الكربون (C) ومركباته
الكربون عنصر أساسي للحياة :
الكربون هو عنصر كيميائي له الرمز C والرقم الذري 6. إنه عنصر غير فلزي رباعي التكافؤ ، وهو موجود بشكل طبيعي في مجموعة متنوعة من المركبات ، بما في ذلك الكربونات والسيليكات والوقود الأحفوري. الكربون هو عنصر أساسي في جميع أشكال الحياة ، وهو مسؤول عن بنية العديد من الجزيئات العضوية ، مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون
يوجد الكربون في الطبيعة بثلاثة نظائر مستقرة: الكربون -12 ، والكربون -13 ، والكربون -14. الكربون -12 هو النظير الأكثر وفرة ، ويشكل حوالي 99٪ من الكربون الموجود على الأرض. الكربون -13 هو نظير مستقر أقل وفرة ، ويشكل حوالي 1٪ من الكربون الموجود على الأرض. الكربون -14 هو نظير مشع له عمر نصف يبلغ 5730 سنة. يستخدم الكربون -14 في تأريخ الكربون ، وهي تقنية تُستخدم لتحديد عمر المواد العضوية.
الكربون عنصر متعدد الاستخدامات يمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من التطبيقات. يستخدم الكربون في إنتاج الفولاذ والحديد والإسمنت. كما أنه يستخدم في إنتاج المنتجات الكيميائية مثل البلاستيك والمطاط والألياف. يستخدم الكربون أيضًا في إنتاج الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي.
الكربون عنصر أساسي للحياة على الأرض. إنه مسؤول عن بنية العديد من الجزيئات العضوية ، مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون. الكربون ضروري أيضًا لعملية التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي تستخدمها النباتات لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة.
الكربون عنصر مهم له العديد من الاستخدامات المختلفة. إنه عنصر أساسي للحياة على الأرض ، وهو ضروري للعديد من العمليات الصناعية.
يعد الكربون من العناصر المهمة؛ إذ إن(۸۰ ٪) من المركبات المعروفة تحتوي على شكل (۹) مواد يدخل الرصاص في صناعتها الكربون، أغلب مركبات الكربون هي مركبات عضوية تدخل في بناء أجسام الكائنات الحية: النباتية، والحيوانية، ومثال ذلك: البروتين، والدهون، والسكر، والفيتامينات، والإنزيمات، كما أن هناك مركبات غاية في الأهمية لحياة الإنسان، مثل: البلاستيك، والغاز الطبيعي، والبترول، ومشتقاته.
والمركبات غير العضوية، والتي يدخل الكربون في تكوينها هي- أيضا- مهمة –
رغم قلتها – مقارنة بالمركبات العضوية، مثل: أول وثاني أكسيد الكربون، وحمض
الكربونيك وأملاحه، فمثلا: غاز ثاني أكسيد الكربون من المواد المهمة التي يحتاجها
النبات في عملية التمثيل الضوئي، ومن حكمة الله- سبحانه وتعالى- أن جعل نسبته
في الجو مستقرة ودورته ثابتة ومتزنة تضمن بقائه على الدوم؛ وبواسطته يتمكن النبات من صنع غذائه، ولولا ذلك لما كان هناك نبات على وجه الأرض أو حياة،
فسبحان الخالق المبدع الذي أودع في ذرة الكربون تلك الخصائص الفريدة التي جعلته
أهم عنصرا تبنى على أساسه الحياة على هذه الأرض.
نشاط منزلي
استعن بالمراجع العلمية المتوافرة في المكتبة، واكتب موضوعا عن أهمية
الكربون ودورته في الطبيعة، ومركباته العضوية، وغير العضوية وأهميتها
للإنسان والحيوان، ثم ناقش ما كتبته مع زملائك ومدرسك في الصف.
وجود الكربون
1 – يوجد في الطبيعة على هيئة صورتا هما: الماس، والجرافيت،
2 – يوجد على هيئة كربونات في
كثير من المعادن، مثل كربونات (الكالسوم) والماغنيسيوم، والصوديوم.
3- يوجد على هيئة غاز ثان أكسيد الكربون الذي ينتج عن تحلل المواد العضوية، ومن عملية التنفس في الحيوان والنبات.
4- يوجد في مشتقات البترول، والغاز الطبيعي، والفحم.
5- يدخل في تركيب العديد من المركبات العضوية الموجودة في جسم
الإنسان، والحيوان.
يحتوي الكربون الطبيعي على نسبة ضئيلة من نظير الكربون المشع والذي يستخدم لتقدير عمر الأحافير، والأشجار المعمرة.
نشاط منزلي
استعن بالمراجع العلمية المتوافرة في المكتبة، واكتب تقريرا عن النظائر المختلفة
للكربون واستخداماتها، وناقش ذلك مع زملائك ومدرسك في الصف.
التأصل في الكربون:
التأصل هو:
وجود العنصر الواحد في أكثر من صورة؛ بحيث تختلف هذه الصور عن بعضها في الخواص الفيزيائية، ولكنها تتشابه في الخواص الكيميائية.
وهذه الخاصية توجد بكثرة بين اللافلزات، فمثلا: يوجد الكربون في صورتين
بلوريتان هما: الماس، والجرافيت، فالماس أشد صلابة بسبب وجود الروابط التساهمية
التي تربط كل ذرة مع أربع ذرات أخرى مكونة بلورات ثمانية الأوجه، بينما يتميز
الجرافيت بأنه أكثر ليونة؛ لأن بلوراته تتكون نتيجة لارتباط كل ذرة مع ثلاث ذرات
أخرى مكونة بلورات سداسية الأوجه.
كما يوجد الكربون في صور أخرى غير
بلورية، مثل: الفحم الحجري، والفحم (الكوك)، وفحم المتوجات ، والفحم النباتي، وفحم العظام.
نشاط منزلي
استعن بالمراجع العلمية المتوافرة في
المكتبة، واكتب تقريرا عن الصور المختلفة للكربون، وخواص كل منها، وناقش ذلك مع زملائك ومدرسك في الصف.
مركبات الكربون:
1- أكاسيد الكربون:
هناك نوعان أساسيان من الأكاسيد هما: أول أكسيد الكربون، وصيغته الجزيئية (CO)
وثاني أكسيد الكربون، وصيغته الجزيئية (CO2).
أ- تحضير غاز أول أكسيد الكربون (CO)
يحضر أول أكسيد الكربون عند حرق الكربون في وجود كمية محددة من
الأكسجين، وفقا للمعادلة الآتية:
2C + O2 →2CO
غاز أول أكسيد الكربون من الغازات السامة، ويتميز بأنه غاز عديم اللون، والطعم، والرائحة، وعندما يدخل هذا الغاز إلى الرئة يقوم بالاتحاد مع الهيموجلوبين، وبذلك يمنع نقل الأكسجين إلى الخلايا مما يؤدي إلى موت الكائن الحي.
وتحدث سنويا بعض حالات الوفاة في المناطق الباردة، وذلك عند قيام أفراد الأسرة باستخدام الفحم في التدفئة، وخاصة في الغرف المغلقة؛ وذلك لتصاعد أول أكسيد الكربون.
ويستخدم أول أكسيد الكربون في الصناعة؛ كونه عاملا مختزلا يقوم باختزال
أكاسيد المعادن، كما يحدث عند استخلاص الحديد، وفقا للمعادلة الآتية:
Fe2O3 + 3CO→ 2Fe (s) + 3CO2
نشاط (٥)
نفذ هذا النشاط والمتعلق باستخلاص المعادن من أكاسيدها، واكتب النتائج
في كتاب الأنشطة والتجارب العملية.
ب- تحضير غاز ثان أكسيد الكربون (CO2)
يمكن تحضير غاز ثان أكسيد الكربون عن طريق حرق الكربون مع كمية وافرة من
الأكسجين، كما في المعادلة الآتية:
تسخين
C (s) + O2 (g) →CO2
وكذلك يمكن الحصول على غاز ثاني أكسيد الكربون عند حرق المركبات المحتوية
على الكربون في كمية وافرة من الأكسجين، كما في المعادلة الآتية:
CH4 (g) + 2O2 (g) →2H2O + CO2
تحضير غاز ثان أكسيد الكربون (CO2) في المعمل:
يحضر غاز CO2 في المعمل عن طريق تفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع
كربونات الكالسيوم (الرخام)، كما في المعادلة الآتية:
Caco3 + 2Hcl→ CaCl2 + H2O + CO2
وتستخدم زجاجة وولف لتحضير غاز ثان أكسيد الكربون في المعمل، كما هو موضح في الشكل (۱۲).
من خلال ملاحظتك للشكل (۱۲)، كيف يتم جمع الغاز؟ وما السبب في ذلك؟
أيهما أثقل: الهواء، أم ثاني أكسيد
الكربون؟
نشاط (6)
نفذ النشاط المتعلق بتحضير غاز CO2 في المعمل، مستخدما كتاب الأنشطة والتجارب العملية
۲- تحضير حمض الكربونيك (HCO3) في المعمل:
يحضر حمض الكربونيك بإمرار تيار من الماء في غاز CO2، وتلك المعادلة الآتية:
H2O + CO2 (g) →H2co3
3- الكربونات والبيكربونات:
تعتبر الكربونات من أملاح حمض الكربونيك، وهي أملاح لا تذوب في الماء،
فيما عدا كربونات البوتاسيوم، وكربونات الأمونيوم، وكربونات الصوديوم، أما
بالنسبة للبيكربونات فهي- أيضا- من مشتقات حمض الكربونيك، وتتميز بأنها
تنحل بالحرارة مكونة الكربونات. وتتفاعل مع الحموض المختلفة ويتصاعد غاز CO2
، وقد سبق لك دراسة خواص الكربونات، والبيكربونات في الصف العاشر.
يعد الدولوميت من الخامات المهمة التي يستخلص منها الكالسيوم
الماغنيسيوم وصيغته الكيميائية (CaCO3. MgCO3).