โดย สเตฟานี ปาปัส เผยแพร่ 12 มีนาคม 2022ถ้าคุณ rejigger อะตอมคาร์บอน, สิ่งที่คุณจะได้รับ? เพชร การวิจัยที่กําลังดําเนินอยู่ คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่น่าทึ่ง จัดเรียงอะตอมคาร์บอนในทางเดียวและกลายเป็นกราไฟท์ที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นได้ Rejigger การจัดเรียงและ – presto! – อะตอมก่อตัวเป็นเพชรซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุที่ยากที่สุดในโลกคาร์บอนยังเป็นส่วนประกอบสําคัญสําหรับชีวิตส่วนใหญ่บนโลก เม็ดสีที่ทํารอยสักแรก และพื้นฐานสําหรับความมหัศจรรย์ทางเทคโนโลยีเช่นกราฟีนซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งแรงกว่าเหล็กและมีความยืดหยุ่นมากกว่ายาง [ดูตารางธาตุขององค์ประกอบ]
คาร์บอนเกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นคาร์บอน -12 ซึ่งคิดเป็นเกือบ 99% ของคาร์บอนในจักรวาล
คาร์บอน -13 ซึ่งคิดเป็นประมาณ 1%; และคาร์บอน-14 ซึ่งประกอบขึ้นเป็นคาร์บอนโดยรวมเพียงเล็กน้อย แต่มีความสําคัญมากในการออกเดทกับวัตถุอินทรีย์ไอโซโทปที่พบมากที่สุด: คาร์บอน -12 (6 โปรตอน, นิวตรอน 6 ตัวและอิเล็กตรอน 6 ตัว) และคาร์บอน-13 (โปรตอน 6 ตัว, นิวตรอน 7 ตัว และอิเล็กตรอน 6 ตัว)คาร์บอนก่อตัวอย่างไร: จากดวงดาวสู่ชีวิตในฐานะที่เป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดอันดับหกในจักรวาลคาร์บอนก่อตัวขึ้นในท้องของดาวฤกษ์ในปฏิกิริยาที่เรียกว่ากระบวนการทริปเปิลอัลฟาตาม ศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์และซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Swinburne (เปิดในแท็บใหม่).
ในดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่าที่เผาผลาญไฮโดรเจนส่วนใหญ่ฮีเลียมที่เหลือจะสะสมอยู่ นิวเคลียสฮีเลียมแต่ละอันมีโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว ภายใต้อุณหภูมิที่ร้อนจัด — มากกว่า 100,000,000 เคลวิน (179,999,540.6 F) — นิวเคลียสฮีเลียมเริ่มหลอมรวม, ครั้งแรกเมื่อคู่เป็นนิวเคลียสเบริลเลียม 4 โปรตอนที่ไม่เสถียร, และในที่สุด, เมื่อนิวเคลียสเบริลเลียมกะพริบเพียงพอ, กลายเป็นเบริลเลียมบวกฮีเลียม. ผลลัพธ์ที่ได้: อะตอมที่มีโปรตอนหกตัวและนิวตรอนหกตัว — คาร์บอน
คาร์บอนเป็นผู้ผลิตรูปแบบ มันสามารถเชื่อมโยงกับตัวเองสร้างโซ่ยาวยืดหยุ่นที่เรียกว่าโพลีเมอร์ นอกจากนี้ยังสามารถยึดติดกับอะตอมอื่น ๆ ได้ถึงสี่อะตอมเนื่องจากการจัดเรียงอิเล็กตรอน อะตอมถูกจัดเรียงเป็นนิวเคลียสที่ล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอนโดยมีอิเล็กตรอนบินไปรอบ ๆ ในระยะทางที่แตกต่างจากนิวเคลียส นักเคมีคิดว่าระยะทางเหล่านี้เป็นเปลือกหอยและกําหนดคุณสมบัติของอะตอมโดยสิ่งที่อยู่ในแต่ละเปลือก ตามที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย, เดวิส (เปิดในแท็บใหม่). คาร์บอนมีเปลือกอิเล็กตรอน
สองอันโดยอันแรกถืออิเล็กตรอนสองตัวและตัวที่สองถือสี่ในแปดช่องว่างที่เป็นไปได้ เมื่ออะตอมจับตัวกันพวกมันจะแบ่งปันอิเล็กตรอนในเปลือกนอกสุด คาร์บอนมีช่องว่างสี่ช่องในเปลือกนอกทําให้สามารถยึดติดกับอะตอมอื่น ๆ ได้อีกสี่อะตอม (นอกจากนี้ยังสามารถผูกมัดได้อย่างเสถียรกับอะตอมที่น้อยลงโดยการสร้างพันธะคู่และสามตัว)
กล่าวอีกนัยหนึ่งคาร์บอนมีตัวเลือก และใช้มัน: มีการค้นพบสารประกอบคาร์บอนเกือบ 10 ล้านชนิด
และนักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าคาร์บอนเป็นรากฐานสําคัญสําหรับ 95% ของสารประกอบที่รู้จักตามเว็บไซต์ เคมีอธิบาย (เปิดในแท็บใหม่). ความสามารถที่เหลือเชื่อของคาร์บอนในการผูกมัดกับองค์ประกอบอื่น ๆ อีกมากมายเป็นเหตุผลสําคัญที่มีความสําคัญต่อเกือบทุกชีวิต
ไอโซโทปคาร์บอนมาในสามรูปแบบ ภาพประกอบนี้แสดงโครงสร้างอะตอมของ Carbon-12, Carbon-13 และ Carbon-14 (เครดิตภาพ: นันดาลาล ซาร์การ์ ผ่าน Shutterstock)
การค้นพบคาร์บอนหายไปจากประวัติศาสตร์ องค์ประกอบนี้เป็นที่รู้จักของมนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์ในรูปแบบของถ่าน คาร์บอนเนื่องจากถ่านหินยังคงเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่สําคัญทั่วโลกโดยให้พลังงานไฟฟ้าประมาณ 37% ของโลกตามข้อมูลของ สมาคมถ่านหินโลก (เปิดในแท็บใหม่). ถ่านหินยังเป็นส่วนประกอบสําคัญในการผลิตเหล็กในขณะที่กราไฟท์ซึ่งเป็นคาร์บอนอีกรูปแบบหนึ่งเป็นสารหล่อลื่นอุตสาหกรรมทั่วไป
คาร์บอน-14 เป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอนที่นักโบราณคดีใช้จนถึงปัจจุบันวัตถุและซากปรักหักพัง คาร์บอน-14 เกิดขึ้นตามธรรมชาติในชั้นบรรยากาศ พืชนํามันขึ้นมาในการหายใจ, ซึ่งพวกเขาแปลงน้ําตาลที่ทําในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงกลับเป็นพลังงานที่พวกเขาใช้ในการเติบโตและรักษากระบวนการอื่น ๆ, ตาม ศูนย์มหาวิทยาลัยแห่งรัฐไอโอวาสําหรับการประเมินแบบไม่ทําลาย (เปิดในแท็บใหม่). สัตว์รวมคาร์บอน -14 เข้าไปในร่างกายของพวกเขาโดยการกินพืชหรือสัตว์กินพืชอื่น ๆ คาร์บอน-14 มีอายุครึ่งชีวิต 5,730 ปี ซึ่งหมายความว่าหลังจากเวลานั้น ครึ่งหนึ่งของคาร์บอน-14 ในตัวอย่างจะสลายตัวไป ตามที่มหาวิทยาลัยแอริโซนา (เปิดในแท็บใหม่).
เนื่องจากสิ่งมีชีวิตหยุดรับคาร์บอน -14 หลังความตายนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถใช้ครึ่งชีวิตของคาร์บอน -14 เป็นนาฬิกาเพื่อวัดระยะเวลานับตั้งแต่สิ่งมีชีวิตตาย วิธีนี้ใช้ได้กับสิ่งมีชีวิตที่เคยมีชีวิตรวมถึงวัตถุที่ทําจากไม้หรือวัสดุจากพืชอื่น ๆเพชรและกราไฟท์เป็นหนึ่งในวัสดุธรรมชาติที่แข็งและนุ่มที่สุดที่รู้จักตามลําดับ ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างทั้งสองคือโครงสร้างผลึกของพวกเขา
คาร์บอนคิดเป็น 0.032% ของ lithosphere ของโลก (เปลือกโลกและเสื้อคลุมด้านนอก) โดยน้ําหนักตามสารานุกรมของโลก การประมาณการคร่าวๆ ของน้ําหนักของ lithosphere โดย David Smith นักธรณีวิทยาของมหาวิทยาลัยลาซาลคือ 300,000,000,000,000,000,000 (หรือ 3*10^23) ปอนด์ ทําให้
