कार्बनचे वर्गीकरण
कार्बनला अधातू मूलद्रव्य म्हणून वर्गीकृत केले आहे. आवर्त सारणीतील गट 14 मधील त्याचे स्थान दर्शवते की ते सहसा सहसंयुज बंध (covalent bonds) तयार करते आणि अधातूंचे वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म दर्शवते, जसे की त्याच्या बहुतेक सामान्य स्वरूपांमध्ये खराब विद्युत आणि उष्णता चालकता.
कार्बनचे भौतिक गुणधर्म
कार्बनचे भौतिक गुणधर्म त्याच्या अपरूपानुसार (allotropic form) लक्षणीयरीत्या बदलतात. अपरूपे (Allotropes) म्हणजे एकाच मूलद्रव्याची, एकाच भौतिक अवस्थेतील भिन्न रचना असलेली रूपे. कार्बन हिरा (diamond), ग्रॅफाइट (graphite), फुलेरिन (fullerenes) आणि अनाकार कार्बन (amorphous carbon) यांसारखी विविध अपरूपे तयार करण्याच्या क्षमतेमुळे गुणधर्मांची विस्तृत श्रेणी दर्शवतो.
अपरूपे आणि संबंधित गुणधर्म
- हिरा: सर्वात कठीण नैसर्गिक सामग्रींपैकी एक. हा स्फटिकमय घन पदार्थ आहे ज्यामध्ये कार्बन अणूंचे कठोर, त्रि-मितीय जाळे (network) असते, जिथे प्रत्येक कार्बन अणू इतर चार कार्बन अणूंशी सहसंयुज बंधाने जोडलेला असतो. हा एक उत्कृष्ट विद्युतरोधक आहे. भारतात, सुरतसारखी ठिकाणे हिरे कापण्यासाठी आणि पॉलिश करण्यासाठी जागतिक स्तरावर ओळखली जातात, जरी हिरे स्वतः जगाच्या इतर भागातून येतात.
- ग्रॅफाइट: स्तरयुक्त रचना असलेला मऊ, गुळगुळीत, राखाडी-काळा घन पदार्थ. प्रत्येक स्तर कार्बन अणूंच्या षटकोनी वलयांनी बनलेला असतो. हे स्तर कमकुवत व्हॅन डर वाल्स बलांनी (Van der Waals forces) एकत्र धरले जातात, ज्यामुळे ते एकमेकांवरून घसरू शकतात, ज्यामुळे ग्रॅफाइट एक चांगले वंगण (lubricant) बनते. त्याच्या स्तरांमधील विस्थापित इलेक्ट्रॉनमुळे (delocalized electrons) हा विजेचा चांगला सुवाहक आहे. ग्रॅफाइट सामान्यतः पेन्सिलच्या लिडमध्ये आढळते, हे उत्पादन भारतात मोठ्या प्रमाणावर तयार केले जाते आणि वापरले जाते.
- अनाकार कार्बन: या श्रेणीमध्ये कोळसा (coal), चारकोल (charcoal) आणि काजळी (soot) यांसारख्या रूपांचा समावेश होतो. या रूपांमध्ये सु-परिभाषित स्फटिकमय रचना नसते. कोळसा, जो उर्जेचा एक प्राथमिक स्त्रोत आहे, तो झारखंड, छत्तीसगड आणि ओडिशासारख्या भारतीय राज्यांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर काढला जातो. चारकोलचा वापर भारतात गाळण्यासाठी (filtration) आणि स्वयंपाकासाठी इंधन म्हणून मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.
रंग
कार्बनचा रंग त्याच्या अपरूपानुसार बदलतो:
- हिरा: सामान्यतः रंगहीन आणि पारदर्शक असतो, परंतु अशुद्धतेमुळे पिवळा, निळा, गुलाबी किंवा अगदी काळा यांसारख्या विविध छटा येऊ शकतात.
- ग्रॅफाइट: राखाडी-काळ्या ते अपारदर्शक काळ्या रंगाचा.
- अनाकार कार्बन (उदा. चारकोल, काजळी, कोळसा): सामान्यतः काळा.
पोत (Texture)
कार्बनचा पोत (texture) देखील त्याच्या अपरूपानुसार लक्षणीयरीत्या भिन्न असतो:
- हिरा: अत्यंत कठीण आणि कठोर, चमकदार तेज असलेला.
- ग्रॅफाइट: मऊ, गुळगुळीत आणि त्याच्या स्तरीकृत रचनेमुळे स्पर्श केल्यावर तेलकट लागतो.
- अनाकार कार्बन (उदा. चारकोल, कोळसा): सामान्यतः ठिसूळ, पावडरयुक्त किंवा दाणेदार.
पदार्थाची अवस्था
सामान्य तापमानाला (सुमारे 25 °C) आणि मानक वातावरणीय दाबामध्ये, कार्बन घन अवस्थेत असतो.
वितळणबिंदू आणि उत्कलनांक
कार्बनला मानक वातावरणीय दाबामध्ये विशिष्ट वितळणबिंदू नसतो; त्याऐवजी, तो सुमारे 3642 °C तापमानाला थेट घन अवस्थेतून वायूत (sublimes) रूपांतरित होतो. अत्यंत उच्च दाबामध्ये, जसे की पृथ्वीच्या खोलवर आढळतात, त्याचा वितळणबिंदू 3550 °C पेक्षा जास्त असू शकतो, विशेषतः हिरा अपरूपासाठी. त्याचप्रमाणे, या संप्लवन (sublimation) घटनेमुळे वातावरणीय परिस्थितीत विशिष्ट उत्कलनांक (boiling point) दिसून येत नाही, आणि संप्लवन बिंदूच प्रभावीपणे त्याचा उत्कलनांक म्हणून कार्य करतो.