Dintre toate elementele din tabelul periodic, carbonul este cel mai remarcabil si este uneori numit baza vietii pe Pamint.
In tabelul periodic carbonul este situat in perioada a 2-a, grupa a 4-a. Are doua straturi de electroni, pe stratul exterior (al doilea) avind 4 ele-ctroni. Numarul maxim de electroni pe cel de-al doilea strat (L) al unui element este opt, astfel incit la carbon ultimul strat nu este complet ocupat de electroni. Aceasta inseamna ca el poate forma o varietate de legaturi covalente cu alte elemente-pina la patru legaturi simple, una sau doua legaturi duble, sau o legatura tripla.
De exemplu, carbonul formeaza cu usurinta legaturi cu hidrogenul, oxi-
genul, azotul, sulful si fosforul, pre-
cum si alte elemente cunoscute sub numele de halogeni, cum sunt clorul, bromul, fluorul. Insa proprietile sale unice sunt datorate capacitatii sale de a forma legaturi cu o catena aproape nelimitata de alti atomi de carbon.
Organic si anorganic
Carbonul apare in natura in doua for- me cristaline, diamantul si grafitul. In
grafit, atomii de carbon sunt legati in straturi de hexagoane. Aceste hexa- goane contin doar trei din cele patru legaturi de carbon posibile, astfel exista electroni nelegati care se misca liber in structura cristalina. Din acea-
sta cauza grafitul este un bun conduc- tor de electricitate. Straturile sunt ti- nute laolalta doar prin forte relativ slabe. Ele pot aluneca una peste alta, astfel incit pulberea de grafit este un
excelent lubrifiant uscat.
Pe de alta parte, la diamante toate cele patru legaturi covalente sunt fo-
Losite, iesind din fiecare atom intr-o structura tridimensionala rigida. Da-
torita acestui fapt, diamantul este cea mai dura substanta naturala.
Mangalul, obtinut prin incalzirea lemnului in absenta aerului, este for-
mat in cea mai mare parte din grafit, dar are o structura foarte deschisa cu o zona de suprafata mare. Carbunele contine o proportie mica de carbon liber, dar incalzit formeaza cocsul, in care 90% este carbon intr-un amestec de forme moleculare.
Rcecent s-a descoperit o molecula in forma de minge de fotbal, formata din 60 de atomi de carbon, in anumiti produsi de combustie. S-au descope-
rit si alte variante: de exemplu, C70 este o molecula mai mare dar simila-
ra. Acest grup este cunoscut sub nu-
mele de fullerene.
Compusii anorganici
Compusii simpli ai carbonului cu alte elemente se intalnesc sub multe forme. De exemplu, 0,03% din atmosfera Pamintului le reprezinta gazul dioxid de carbon. Monoxidul de carbon apare deasemenea in mod natural in cantitati foarte mici, din oxidarea partiala a metanului de ori- gine biologica.
Numerosii compusi anorganici so- lizi ai carbonului care apar in stare naturala include si carbonatul de cal- ciu. Acesta formeaza creta, acea roca moale si alba, si cu cantitati diferite de carbonat de magneziu formeaza de asemenea calcarul, marmura si dolo-
mitul. (Carbonatii sunt clasificati drept compusi anorganici , desi, de exemplu , cea mai mare parte a car-
bonatului de calciu care apare in natura a fost initial derivata din co-
chiliile unor vietati. )
Din punct de vedere chimic, cal-
ciul si magneziul sunt metale, iar carbonatii in general sunt compusii unui metal cu carbon si cu oxigen. Multi apar in forma naturala. Carbu-
rile, pe de alta parte, sunt combinatii ale carbonului cu un singur metal. Ele nu apar in natura, dar se fabrica relative usor prin incalzirea minereu-
rilor metalice cu cocs intr-un furnal.
"Carburile interstitiale" sunt for-mate de metalele de tranzitie si de siliciu. Ele se numesc astfel pentru ca atomii de carbon ocupa interstitii in lantul metallic. Sunt materiale foarte dure, precum carborundumul (carbu-ra de siliciu, SiC) si carbura de wolf-
ram. Otelul isi datoreaza duritatea prezentei carburii de fier.
Ciclul dioxidului de carbon
Dupa cum a descoperit Friedrich Wöhler(1800-1882), nu exista o bariera de netrecut intre compusii organici si anorganici ai carbonului.
De exemplu, in natura, plantele utilizeaza fotosinteza pentru a transforma gazul anorganic dioxid de carbon in carbohidrati si oxigen.
Acest proces are loc ca parte a ciclului biochimic al carbonului, care este ruta parcursa de carbon in timp ce este reciclat prin lumea naturala, inclusive prin aer, mari si prin sol, precum si prin vietati. Acest ciclu se compune din urmatorii pasi:
fotosinteza, prin care plantele absorb dioxidul de carbon si elibereaza oxigen;
respiratia, prin care animalele inspira oxigen si expira dioxid de carbon;
descompunerea materiei vegetale si animale in gaze, uleiuri si depuneri solide cu continut de carbon;
dezagregarea naturala a rocilor, si dizolvarea naturala a dioxidului de carbon in apa.
Activitatea umana a adaugat un nou process la acest ciclu: arderea combustibililor fosili. Aceasta genereaza dioxid de carbon.
Carbonul organic
Pentru chimisti, compusii organici sunt toti acei compusi ai carbonului care nu sunt oxizi, carbonati sau car-buri. Prin urmare, in timp ce toate substantele continute in vietati sunt organice, nu toti compusii organici se gasesc de fapt in vietati.
In realitate exista mii de compusi organici. In fiecare zi se descopera mai multi dintre cei care apar in natu-ra si multi altii sunt creati constant ca substante sintetice in industrie si in laboratoarele de cercetare.
Compusii organici care formeaza vietatile sunt la fel de variati ca si constituentii si activitatile vietii insasi
De exemplu, numai din enzime exista sute, fiecare dintre ele avind un anu-
mit rol in metabolizmul cellular.
Varietatea imensa a compusilor organici se datoreaza capacitatii car-bonului de a forma lanturi intinse, adesea cu ramuri sau structuri inelare.
Acestia pot sa contina de asemenea si alte elemente, in special oxigen, azot, si sulf. Inelele pot sa contina orice numar de atomi, de la trei pina la sapte sau mai multi. Lanturile sau inelile pot fi "saturate"(adica, cu toa- te legaturile valentelor de carbon ata-
sate la alti atomi) sau "nesaturate" (cu una sau mai multe legaturi duble sau triple intre atomii de carbon adiacenti).
