شرح درس عنصـر الكـربـون (C) ومركباتة
الكربون عنصر أساسي للحيـاة :
يـعـد الـكــــربون من العناصـر المـهـمـة؛ إذ أن
( ۸۰ ٪ ) من المـركـبـات المـعـروفـة تحتوي على شكل ( ۹ ) مواد يدخل الرصاص في صناعتها الـكـربـون، أغلب مـركـبـات الـكـربـون هي مـركـبـات عـضـويـة تدخل في بناء أجــسـام الكائنات الحية : الـنـبـاتـيـة، والحـيـوانـيـة، ومثال ذلك : البروتين، والدهون، والسكر، والفيتامينات، والإنزيمات، كما أن هناك مركبات غاية في الأهمية لحياة الانسان، مثل : البلاستيك، والغاز الطبيعي، والبترول، ومشتقاته .
والمركبات غير العضوية، والتي يدخل الكربون في تكوينها هي - أيضاً - هامة –
رغم قلتها – مقارنة بالمركبات العضوية، مثل : أول وثاني أكسيد الكربون، وحمض
الكربونيك وأملاحه، فمثلاً: غاز ثاني أكسيد الكربون من المواد المهمة التي يحتاجها
النبات في عملية التمثيل الضوئي، ومن حكمة الله سبحانه وتعالى أن جعل نسبته
في الجـو مـسـتـقـرة ودورته ثابتة ومتزنة تضـمـن بـقـائه على الـدوم؛ وبواسطته يتمكن النبات من صنع غـذائه، ولولا ذلك لما كان هناك نبات على وجه الأرض أو حـيـاة ،
فسبحان الخالق المبدع الذي أودع في ذرة الكربون تلك الخصائص الفريدة التي جعلته
أهم عنصر تُبنى على أساسه الحياة على هذه الأرض .
نشـاط منزلي
استعن بالمراجع العلمية المتوافرة في المكتبة، واكـتـب مـوضـوعـاً عـن أهمـيـة
الكربون ودورته في الطبيعة، ومـركـبـاتـه الـعـضـويـة، وغـيـر الـعـضـويـة وأهـمـيـتـهـا
للإنسان والحيوان، ثم ناقش ما كتبته مع زملائك ومدرسك في الصف .
وجـــــــــود الكربون
1 – يـوجـد في الطبـيـعـة على هيئة
صـورتين هما : الماس، والجـرافـيـت ،
٢ – يوجـد على هيئة كربونات في
كـثـيـر مـن المعـادن ، مـثـل كـــــــربــونـات ( الـكـالـســـــــــــوم) والماغنيسيوم، والصوديوم ) .
3 - يوجد على هيئة غاز ثاني 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 الـعـديـد مـن المركـبـات الـعـضـويـة المـوجـودة فـي جـسم
الإنسان، والحيوان .
يحتوي الكربون الطبيعي على نسبة ضئيلة من نظير الكربون المشع والذي يستخدم لتقدير عمر الأحافير، والأشجار المعمرة .
نشـاط منزلي
استعن بالمراجع العلمية المتوافرة في المكتبة، واكتب تقريراً عن النظائر المختلفة
للكربون واستخداماتها ، وناقش ذلك مع زملائك ومدرسك في الصف .
التأصـل في الكـربــون :
التآصل 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، فمثلاً : يـوجـد الـكـربـون في صـورتين
بلوريتين هما : الماس، والجرافيت ، فالماس أشد صلابة بسبب وجود الروابط التساهمية
التي تربط كل ذرة مع أربع ذرات أخرى مكونة بلورات ثـمـانـيـة الأوجه، بينما يتميز
الجرافيت بأنه أكثـر لـيـونة؛ لأن بلوراته تتكون نتيجة لارتباط كل ذرة مع ثلاث ذرات
أخرى مكونة بلورات سداسية الأوجه .
كـمـا يـوجـد الـكـربـون في صـور أخـرى غير
بلورية، مثل : الفحم الحجري، والفحم ( الكوك )، وفحم المعوجات، والفحم النباتي، وفحم العظام .
نشاط منزلي
اسـتـعـن بالمراجع العـلـمـيـة المـتـوافـرة في
المكـتـبـة، واكـتـب تـقـريـراً عـن الـصـور المخـتـلـفـة للكربون، وخواص كل منها، وناقش ذلك مع زملائك ومدرسك في الصف .
مـركبـات الكـربــون :
1 - أكـاسـيـد الـكـربـون :
هناك نوعان أساسيان من الأكاسيد هما: أول أكسيد الكربون، وصيغته الجزيئية(CO)
وثاني أكسيد الكربون، وصيغته الجزيئية ( CO2).
أ - تحضيـر غـاز أول أكسيد الكربون (CO)
يحضر أول أكـسـيـد الـكـربـون عـنـد حـرق الكربون في وجـود كـمـيـة مـحـددة من
الأكسجين، وفقاً 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 سنوياً بعض حالات الوفاة في المناطق الباردة، وذلك عند قيام أفراد
الأسرة باستخدام الفحم في التدفئة، وخاصة في الغرف المغلقة؛ وذلك لتـصـاعـد
أول أكسيد الكربون .
ويستخدم أول أكسيد الكربون في الصناعة؛ كونه عامل مختزل يـقـوم بـاختـزال
أكاسيد المعادن، كما يحدث عند استخلاص الحديد، وفقاً للمعادلة الآتية :
Fe2O3 + 3CO→ 2Fe(s) + 3CO2
نشـاط ( ٥ )
نفذ هذا النشاط والمتعلق باستخلاص المعادن من أكاسيدها، واكتب النتائج
في كتاب الأنشطة والتجارب العملية .
ب - تحضير غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2)
يمكن تحضير غاز ثاني 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 ثاني أكسيد الكربون (CO2) في المعمل :
يحضر غاز CO2 في المعمل عن طريق تفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع
كربونات الكالسيوم ( الرخام )، كما في المعادلة الآتيـة :
Caco3 + 2Hcl→ CaCl2 + H2O + CO2
وتستخدم زجاجة وولف لتحضير غاز ثاني أكسيد الكربون في المعمل، كما هو
موضح في الشكل ( ۱۲ ).
مـن خـلال مـلاحـظـتـك لـلـشـكـل (۱۲)، كيف يتم جمع الغاز ؟ وما السبب في ذلك؟
أيهما أثقل : الهـواء، أم ثاني أكسيد
الكربون ؟
نشاط ( 6 )
نفذ النشاط المتعلق بتـحـضـيـر غـاز CO2 في المعمل، مستخدماً كتاب الأنشطة والتجارب العملية
۲ - تحضير حمض الكربونيك (HCO3) في المعمل :
يحـضـر حـمـض الـكـربـونيك بإمرار تيار من الماء في غـاز CO2 ، وذلك المعادلة الآتية :
H2O + CO2(g) →H2co3
3- الكربونات والبيكـربـونـات :
تـعـتـبـر الـكربونات من أملاح حمض الكربونيك، وهي أملاح لا تذوب في الماء،
فـيـمـا عـدا كربونات البوتاسيوم، وكربونات الأمـونيـوم، وكربونات الصوديوم، أما
بالنسبة للبيكربونات فهـي - أيضاً - 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.
يعـد الـدولـومـيـت مـن الخـامـات المـهـمـة التي يسـتـخلص منـهـا الـكـالـسـيـوم
الماغنيسيوم وصيغته الكيميائية (CaCO3.MgCO3) .