مركبات الكربون
مركبات الكربون هي مواد كيميائية تحتوي على الكربون . [ 1 ] [ 2 ] يوجد من مركبات الكربون عددٌ يفوق أي عنصر كيميائي آخر باستثناء الهيدروجين . وتُعدّ مركبات الكربون العضوية أكثر وفرةً بكثير من مركبات الكربون غير العضوية . وبشكل عام، تكون روابط الكربون مع العناصر الأخرى روابط تساهمية . الكربون رباعي التكافؤ ، ولكن توجد جذور الكربون الحرة والكاربينات كمركبات وسيطة قصيرة العمر. أيونات الكربون هي الكربوكاتيونات، والكاربانيونات قصيرة العمر أيضًا. من الخصائص المهمة للكربون خاصية التَوَصُّل ، أي القدرة على تكوين سلاسل وحلقات كربونية طويلة . [ 3 ]
أشكال الكربون المتآصلة
ازدهر علم الكيمياء غير العضوية المعروف لأشكال الكربون المتآصلة ( الماس ، والجرافيت ، والفوليرين ) مع اكتشاف باكمنستر فوليرين عام 1985، حيث تم اكتشاف المزيد من الفوليرين ومشتقاته المختلفة. ومن بين هذه المشتقات مركبات الإدراج ، حيث يُحاط أيون بغلاف كربوني بالكامل للفوليرين. ويُرمز لهذا الإدراج بالرمز "@" في الفوليرينات الداخلية . على سبيل المثال، يُرمز لأيون يتكون من أيون ليثيوم محصور داخل باكمنستر فوليرين بالرمز Li + @ C60 . وكما هو الحال مع أي مركب أيوني آخر، يمكن لهذا الأيون المعقد أن يرتبط بأيون مضاد لتكوين ملح. كما تُدمج عناصر أخرى في ما يُسمى بمركبات إقحام الجرافيت .
الكربيدات
الكربيدات هي مركبات ثنائية تتكون من الكربون وعنصر أقل كهرسلبية منه. ومن أهمها: Al₄C₃ ، و B₄C ، و CaC₂ ، و Fe₃C ، و HfC ، و SiC ، و TaC ، و TiC ، و WC .
| معدن | بنية المعدن النقي | نصف القطر المعدني (بيكومتر) | تعبئة ذرات المعدن MC | بنية MC | تعبئة ذرات المعدن M 2 C | بنية M 2 C | أنواع أخرى من الكربيدات |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| التيتانيوم | HCP (سداسي متراص) | 147 | لجنة الاتصالات الفيدرالية | ملح صخري | |||
| الزركونيوم | 160 | ||||||
| الهافنيوم | 159 | ||||||
| الفاناديوم | BCC ( مكعب مركزي الجسم ) | 134 | مقدم الرعاية الصحية | نصف ساعة | V 4 C 3 | ||
| النيوبيوم | 146 | Nb 4 C 3 | |||||
| التنتالوم | 146 | تا 4 سي 3 | |||||
| الموليبدينوم | 139 | سداسي | Mo 3 C 2 | ||||
| التنجستن | 139 | سداسي | |||||
| الكروم | 128 | Cr 23 C 6 ، Cr 3 C ، Cr 7 C 3 ، Cr 3 C 2 | |||||
المركبات العضوية
كان يُعتقد سابقًا أن المركبات العضوية لا تُنتج إلا بواسطة الكائنات الحية. مع مرور الوقت، تعلّم العلماء كيفية تصنيع المركبات العضوية في المختبر . عدد المركبات العضوية هائل، ويقارب عدد المركبات المعروفة والمحددة عشرة ملايين. [ 4 ] ومع ذلك، من الممكن نظريًا إنتاج عدد غير محدود من هذه المركبات. بحسب التعريف، يجب أن يحتوي المركب العضوي على ذرة كربون واحدة على الأقل، لكن هذا المعيار لا يُعتبر كافيًا بشكل عام. في الواقع، يُعد التمييز بين المركبات العضوية وغير العضوية مسألة اصطلاحية في نهاية المطاف، وهناك العديد من المركبات التي صُنفت ضمن كلا التصنيفين، مثل: COCl₂ ، CSCl₂ ، CS(NH₂ ) ₂ ، CO (NH₂ ) ₂ . عند ارتباط الكربون بالمعادن ، يتقاطع مجال الكيمياء العضوية مع الكيمياء العضوية الفلزية .
مركبات الكربون والأكسجين
توجد العديد من أكاسيد الكربون ( الكربونات الأكسجينية ) ، وأكثرها شيوعًا ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) وأول أكسيد الكربون ( CO ). ومن الأكاسيد الأخرى الأقل شهرة أكسيد الكربون الفرعي (C₃O₂) وأنهيدريد الميليتيك (C₁₂O₉ ) . [ ٥ ] كما توجد أيضًا العديد من الأكاسيد غير المستقرة أو التي يصعب رصدها، مثل ثاني أكسيد الكربون (C₂O ) وأنهيدريد الأكساليك (C₂O₄ ) وثالث أكسيد الكربون ( CO₃ ) .
توجد عدة أنيونات أوكسوكربونية ، وهي أيونات سالبة تتكون حصراً من الأكسجين والكربون. وأكثرها شيوعاً الكربونات (CO₃²⁻ ) والأكسالات ( C₂O₄²⁻ ) . أما الأحماض المقابلة لها فهي حمض الكربونيك (H₂CO₃ ) غير المستقر ، وحمض الأكساليك (H₂C₂O₄ ) المستقر نسبياً . ويمكن أن تُنزع بروتونات جزئياً من هذه الأنيونات لتُعطي البيكربونات ( HCO₃⁻ ) وهيدروجين أوكسالات ( HC₂O₄⁻ ) . توجد أنيونات أخرى أكثر غرابة من الكربون والأكسجين، مثل أسيتيلين ثنائي الكربوكسيلات (O₂C – C≡C–CO₂²⁻ ) ، وميليتات ( C₁₂O₉⁶⁻ ) ، وسكوارات ( C₄O₄²⁻ )، وروديزونات ( C₆O₆²⁻ ) . وتُعدّ أنهيدريدات بعض هذه الأحماض أكاسيد للكربون؛ فثاني أكسيد الكربون ، على سبيل المثال، يُمكن اعتباره أنهيدريد حمض الكربونيك .
بعض الكربونات الهامة هي Ag 2 CO 3 , BaCO 3 , CaCO 3 , CdCO 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 , CoCO 3 , Cs 2 CO 3 , CuCO 3 , FeCO 3 , K 2 CO 3 , La 2 (CO 3 ) 3 , Li 2 CO 3 , MgCO 3 , MnCO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 ، Na 2 CO 3 ، NiCO 3 ، PbCO 3 ، SrCO 3 ، ZnCO 3 .
تشمل أهم البيكربونات NH4HCO3 و Ca ( HCO3 ) 2 و KHCO3 و NaHCO3 .
تشمل أهم الأكسالات Ag 2 C 2 O 4 و BaC 2 O 4 و CaC 2 O 4 و Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 و K 2 C 2 O 4 و Na 2 C 2 O 4 .
الكاربونيلات هي مركبات تنسيقية بين الفلزات الانتقالية وروابط الكاربونيل . تتكون كاربونيلات الفلزات من روابط تساهمية مع الرابطة المتعادلة CO. فيما يلي قائمة ببعض الكاربونيلات: Cr(CO) ₆ ، Co₂ (CO) ₈ ، Fe (CO) ₅ ، Mn₂ (CO) ₁₀ ، Mo(CO) ₆ ، Ni(CO) ₄ ، W(CO ) ₆ .
مركبات الكربون والكبريت
من أهم مركبات الكربون والكبريت غير العضوية كبريتيدات الكربون، مثل ثاني كبريتيد الكربون (CS₂ ) وكبريتيد الكربونيل (OCS). ويُعدّ أحادي كبريتيد الكربون (CS) غير مستقر للغاية، على عكس أول أكسيد الكربون . ومن أهم فئات هذه المركبات: الثيوكربونات ، والثيوكربامات ، وثنائي الثيوكربامات ، وثلاثي الثيوكربونات .
 |  |  |
| أحادي كبريتيد الكربون | ثاني كبريتيد الكربون | كبريتيد الكربونيل |
| مركبات الكربون والكبريت غير العضوية |
مركبات الكربون والنيتروجين
المركبات الصغيرة غير العضوية من الكربون والنيتروجين هي السيانوجين ، وسيانيد الهيدروجين ، والسياناميد ، وحمض الأيزوسيانيك ، وكلوريد السيانوجين .
| اسم | صيغة | بناء | الكتلة المولية (جم/مول) | نقطة الغليان °م | نقطة الانصهار °م |
|---|---|---|---|---|---|
| السيانوجين | (CN) 2 |  | 52.03 | -21 | -28 |
| سيانيد الهيدروجين | HCN |  | 27.03 | 25-26 | من -12 إلى -14 |
| سياناميد | CN 2 H 2 |  | 42.04 | 260 (فك الضغط) | 44 |
| حمض الأيزوسيانيك | HNCO |  | 43.03 | 23.5 | -86 |
| كلوريد السيانوجين | CNCl |  | 61.47 | 13 | -6 |
| كلوروسلفونيل إيزوسيانات | CNClO 3 S |  | 141.53 | 107 | -44 |
| كلوريد السيانوريك | (NCCl) 3 |  | 184.41 | 192 | 154 |
الباراسيانوجين هو ناتج بلمرة السيانوجين. كلوريد السيانوريك هو ثلاثي كلوريد السيانوجين، و2 -سيانوغوانيدين هو ثنائي السياناميد.
تشمل أنواع المركبات غير العضوية الأخرى الأملاح والمركبات المعقدة غير العضوية لأيونات السيانيد والسيانات والفولمينات والثيوسيانات والسياناميد المحتوية على الكربون . ومن أمثلة السيانيدات سيانيد النحاس (CuCN) وسيانيد البوتاسيوم (KCN)، ومن أمثلة السيانات سيانات البوتاسيوم (KNCO) وسيانات الفضة (AgNCO)، ومن أمثلة الفولمينات فولمينات الفضة (AgOCN) وفولمينات الزئبق (HgOCN)، ومن أمثلة الثيوسيانات ثيوسيانات البوتاسيوم (KSCN).
هاليدات الكربون
تشمل هاليدات الكربون الشائعة رباعي فلوريد الكربون (CF4 ) ، ورباعي كلوريد الكربون (CCl4 ) ، ورباعي بروميد الكربون (CBr4 ) ، ورباعي يوديد الكربون (CI4 ) ، وعدد كبير من مركبات الكربون والهالوجين الأخرى.
الكربورانات
الكربوران عبارة عن مجموعة تتكون من ذرات البورون والكربون مثل H 2 C 2 B 10 H 10 .
السبائك
توجد مئات السبائك التي تحتوي على الكربون. وأكثر هذه السبائك شيوعًا هو الفولاذ ، والذي يُطلق عليه أحيانًا " الفولاذ الكربوني " (انظر تصنيف: الفولاذ ). تحتوي جميع أنواع الفولاذ، بحكم تعريفها، على كمية من الكربون، وكذلك جميع السبائك الحديدية .
تشمل بعض السبائك الشائعة الأخرى التي تعتمد على الحديد والكربون حديد الأنثراسيت ، والحديد الزهر ، والحديد الخام ، والحديد المطاوع .
وفي الاستخدامات التقنية الأكثر تعقيداً، هناك أيضاً سبيكة من الحديد والمنغنيز والكربون تُسمى "spiegeleisen " ؛ وسبيكة من الكوبالت والكروم والتنغستن والكربون تُسمى " stellite ".
سواء وُضِعَ الكربون هناك عمدًا أم لا، فإنه يُوجد أيضًا في بعض المعادن الشائعة وسبائكها: الألومنيوم ، والكروم ، والمغنيسيوم ، والموليبدينوم ، والنيوبيوم ، والثوريوم ، والتيتانيوم ، والتنغستن، واليورانيوم ، والفاناديوم ، والزنك ، والزركونيوم . على سبيل المثال، يُصهر العديد من هذه المعادن باستخدام فحم الكوك ، وهو شكل من أشكال الكربون؛ ويُصنع الألومنيوم والمغنيسيوم في خلايا التحليل الكهربائي باستخدام أقطاب كربونية. لذا، فإن وجود الكربون في جميع هذه المعادن أمر لا مفر منه.
مراجع
- الكيمياء غير العضوية
- مركبات الكربون
- المركبات الكيميائية حسب العنصر