કાર્બનનું વર્ગીકરણ
કાર્બનને બિન-ધાતુ તત્વ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 14 માં તેનું સ્થાન સૂચવે છે કે તે સામાન્ય રીતે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે અને તેના મોટાભાગના સામાન્ય સ્વરૂપોમાં નબળી વિદ્યુત અને ઉષ્મા વાહકતા જેવા બિન-ધાતુઓના લાક્ષણિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે.
કાર્બનના ભૌતિક ગુણધર્મો
કાર્બનના ભૌતિક ગુણધર્મો તેના અપરૂપી સ્વરૂપના આધારે નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે. અપરૂપો (Allotropes) સમાન ભૌતિક અવસ્થામાં સમાન તત્વના વિવિધ માળખાકીય સ્વરૂપો છે. કાર્બન હીરા, ગ્રેફાઇટ, ફુલેરીન્સ અને નિરાકાર કાર્બન જેવા વિવિધ અપરૂપો બનાવવાની ક્ષમતાને કારણે ગુણધર્મોની વિશાળ શ્રેણી દર્શાવે છે.
અપરૂપી સ્વરૂપો અને સંકળાયેલા ગુણધર્મો
- હીરા: જાણીતા કુદરતી પદાર્થોમાંનો એક સૌથી સખત પદાર્થ. તે સ્ફટિકમય ઘન છે જેમાં કાર્બન પરમાણુઓનું કઠોર, ત્રિ-પરિમાણીય નેટવર્ક હોય છે, જ્યાં દરેક કાર્બન પરમાણુ અન્ય ચાર કાર્બન પરમાણુઓ સાથે સહસંયોજક રીતે બંધાયેલ હોય છે. તે ઉત્તમ વિદ્યુત અવાહક છે. ભારતમાં, સુરત જેવા સ્થળો હીરા કાપવા અને પોલિશ કરવા માટે વૈશ્વિક સ્તરે જાણીતા છે, જોકે હીરા પોતે વિશ્વના અન્ય ભાગોમાંથી મેળવવામાં આવે છે.
- ગ્રેફાઇટ: સ્તરવાળી સંરચના સાથેનો નરમ, ચીકણું, રાખોડી-કાળો ઘન પદાર્થ. દરેક સ્તર કાર્બન પરમાણુઓની ષટ્કોણીય રિંગ્સથી બનેલું હોય છે. સ્તરો નબળા વાન ડર વાલ્સ બળો દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે, જેનાથી તેઓ એકબીજા પર સરકી શકે છે, જે ગ્રેફાઇટને સારું ઊંજણ (lubricant) બનાવે છે. તેના સ્તરોમાં સ્થાનભ્રષ્ટ ઇલેક્ટ્રોન (delocalized electrons) ને કારણે તે વિદ્યુતનો સારો વાહક છે. ગ્રેફાઇટ સામાન્ય રીતે પેન્સિલની લીડમાં જોવા મળે છે, જે ભારતમાં વ્યાપકપણે ઉત્પાદિત અને ઉપયોગમાં લેવાતું ઉત્પાદન છે.
- નિરાકાર કાર્બન: આ શ્રેણીમાં કોલસો, ચારકોલ અને કાજળ (સૂટ) જેવા સ્વરૂપોનો સમાવેશ થાય છે. આ સ્વરૂપો સુવ્યાખ્યાયિત સ્ફટિકમય સંરચનાનો અભાવ ધરાવે છે. કોલસો, જે એક પ્રાથમિક ઉર્જા સ્ત્રોત છે, તેનું ભારતીય રાજ્યો જેવા કે ઝારખંડ, છત્તીસગઢ અને ઓડિશામાં વ્યાપકપણે ખનન થાય છે. ચારકોલનો ઉપયોગ ભારતમાં ગાળણ (ફિલ્ટ્રેશન) અને રસોઈ માટે બળતણ તરીકે વ્યાપકપણે થાય છે.
રંગ
કાર્બનનો રંગ તેના અપરૂપી સ્વરૂપના આધારે બદલાય છે:
- હીરા: સામાન્ય રીતે રંગહીન અને પારદર્શક હોય છે, જોકે અશુદ્ધિઓ પીળા, વાદળી, ગુલાબી અથવા તો કાળા જેવા વિવિધ રંગોને જન્મ આપી શકે છે.
- ગ્રેફાઇટ: રાખોડી-કાળો થી અપારદર્શક કાળો.
- નિરાકાર કાર્બન (દા.ત., ચારકોલ, કાજળ, કોલસો): સામાન્ય રીતે કાળો.
પોત (Texture)
કાર્બનનું પોત પણ તેના અપરૂપી સ્વરૂપ સાથે નોંધપાત્ર રીતે અલગ પડે છે:
- હીરા: અત્યંત સખત અને કઠોર, તેજસ્વી ચમક સાથે.
- ગ્રેફાઇટ: નરમ, ચીકણું, અને તેની સ્તરવાળી સંરચનાને કારણે સ્પર્શ કરવાથી ચીકણું લાગે છે.
- નિરાકાર કાર્બન (દા.ત., ચારકોલ, કોલસો): સામાન્ય રીતે બરડ, પાવડર જેવું અથવા દાણાદાર.
દ્રવ્યની અવસ્થા
ઓરડાના તાપમાને (આશરે 25 °C) અને પ્રમાણભૂત વાતાવરણીય દબાણે, કાર્બન ઘન અવસ્થામાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
ગલનબિંદુ અને ઉત્કલનબિંદુ
કાર્બન પ્રમાણભૂત વાતાવરણીય દબાણે સ્પષ્ટ ગલનબિંદુ ધરાવતો નથી; તેના બદલે, તે આશરે 3642 °C પર ઘનમાંથી સીધો વાયુમાં ઉર્ધ્વપાતન (sublimes) થાય છે. અત્યંત ઊંચા દબાણ હેઠળ, જેમ કે પૃથ્વીના ઊંડાણમાં જોવા મળે છે, તેનું ગલનબિંદુ 3550 °C થી વધી શકે છે, ખાસ કરીને હીરાના અપરૂપ માટે. તેવી જ રીતે, આ ઉર્ધ્વપાતન ઘટનાને કારણે વાતાવરણીય પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સ્પષ્ટ ઉત્કલનબિંદુ જોવા મળતું નથી, જેમાં ઉર્ધ્વપાતન બિંદુ અસરકારક રીતે તેના ઉત્કલનબિંદુ તરીકે કાર્ય કરે છે.