கார்பன் அறிமுகம்
‘C’ என்ற குறியீட்டால் குறிக்கப்படும், அணு எண் 6 கொண்ட கார்பன், அறியப்பட்ட அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் அடிப்படையான ஒரு அலோக தனிமம் ஆகும். இது கால அட்டவணையின் 14வது குழுவில் அமைந்துள்ளது. மற்ற அணுக்களுடன், அதாவது மற்ற கார்பன் அணுக்களுடன் நான்கு சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்கும் அதன் தனித்துவமான திறன், எளிய வாயுக்கள் முதல் சிக்கலான கரிம மூலக்கூறுகள் மற்றும் படிக திடப்பொருட்கள் வரை பல்வேறு மற்றும் சிக்கலான கட்டமைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது. இந்த பன்முகத்தன்மை அதன் பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கும், பூமியின் அமைப்புகள் முழுவதும் அதன் பரவலான இருப்புக்கும் அடிப்படையாக அமைகிறது.
கார்பனின் இயற்கையான தோற்றம்
கார்பன் பூமியின் புவிக்கோளம் (geosphere), வளிமண்டலம் (atmosphere), நீர்க்கோளம் (hydrosphere) மற்றும் உயிர்க்கோளம் (biosphere) முழுவதும் பல்வேறு வடிவங்களில் இயற்கையாகவே காணப்படுகிறது.
தனிம வடிவங்கள்
தனிம கார்பன் தனித்துவமான படிக அமைப்புகளுடன் தூய வடிவங்களில் காணப்படுகிறது.
- வைரம்: அதன் அதிகப்படியான கடினத்தன்மை மற்றும் பளபளப்பிற்காக அறியப்பட்ட ஒரு படிக அல்லோட்ரோப். பூமியின் மேலோட்டின் ஆழத்தில் அதிக அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையில் இயற்கையாக உருவாகிறது.
- கிராஃபைட்: மற்றொரு படிக அல்லோட்ரோப், அதன் அடுக்கு அமைப்பு காரணமாக மென்மையாகவும் கடத்தும் தன்மையுடனும் இருக்கும். இது உருமாறிய பாறைகளில் காணப்படுகிறது.
- அமார்பஸ் கார்பன்: குறைவான கட்டமைப்பு வடிவங்களில் நிலக்கரி, கரும்புகை (soot) மற்றும் கரி ஆகியவை அடங்கும், இவை பெரும்பாலும் தூய்மையற்றவை.
இந்தியாவில், ஒடிசா, ஜார்க்கண்ட் மற்றும் ராஜஸ்தான் போன்ற மாநிலங்களில் குறிப்பிடத்தக்க கிராஃபைட் படிவுகள் காணப்படுகின்றன. வரலாற்றுக் காலங்களில், மத்தியப் பிரதேசத்தின் பன்னா போன்ற பகுதிகளில் வைரங்கள் வெட்டியெடுக்கப்பட்டுள்ளன.
சேர்ம வடிவங்கள்
கார்பன் பெரும்பாலும் சேர்ம வடிவங்களில் காணப்படுகிறது.
- வளிமண்டலம்: ஒளிச்சேர்க்கைக்கு அத்தியாவசியமான ஒரு கூறு மற்றும் ஒரு பசுமை இல்ல வாயுவான கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO2) ஆக.
- நீர்க்கோளம்: கரைந்த CO2 மற்றும் பல்வேறு கார்பனேட் அயனிகள் கடல் வேதியியலுக்கு பங்களிக்கின்றன.
- புவிக்கோளம் (Lithosphere):
- கார்பனேட் கனிமங்கள்: சுண்ணாம்புக்கல் (limestone) மற்றும் சலவைக்கல் (marble) (கால்சியம் கார்பனேட், CaCO3) மற்றும் டோலமைட் (கால்சியம் மெக்னீசியம் கார்பனேட், CaMg(CO3)2) போன்ற பாறைகளில் ஏராளமாக உள்ளன. இவை விரிவான படிவுப் பாறை அமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. ராஜஸ்தான், மத்தியப் பிரதேசம் மற்றும் ஆந்திரப் பிரதேசம் போன்ற மாநிலங்களில் இந்தியா சுண்ணாம்புக்கல்லின் பரந்த இருப்புக்களைக் கொண்டுள்ளது.
- புதைபடிவ எரிபொருட்கள்: நிலக்கரி, பெட்ரோலியம் மற்றும் இயற்கை எரிவாயுவின் பரந்த படிவுகள், அவை கார்பன் அடிப்படையிலான சேர்மங்களின் சிக்கலான கலவைகள் ஆகும், இவை புவியியல் காலப்போக்கில் உருமாற்றப்பட்ட பண்டைய கரிமப் பொருளைக் குறிக்கின்றன. ஜார்க்கண்ட், ஒடிசா, சத்தீஸ்கர் மற்றும் மேற்கு வங்கத்தில் இந்தியா உலகின் மூன்றாவது பெரிய நிலக்கரி இருப்புக்களைக் கொண்டுள்ளது. மும்பை ஹை (கடற்கரையோர), அசாம் மற்றும் குஜராத் போன்ற பகுதிகளில் குறிப்பிடத்தக்க பெட்ரோலியம் மற்றும் இயற்கை எரிவாயு இருப்புக்கள் காணப்படுகின்றன.
- உயிர்க்கோளம்: தாவரங்கள், விலங்குகள் மற்றும் நுண்ணுயிரிகள் உட்பட அனைத்து உயிரினங்களிலும் உள்ள அனைத்து கரிமப் பொருட்களும் முதன்மையாக கார்பன் சேர்மங்களால் ஆனவை.
கார்பனின் ஐந்து அன்றாடப் பயன்பாடுகள்
எரிபொருள் ஆதாரம்
புதைபடிவ எரிபொருட்கள் (நிலக்கரி, பெட்ரோலியம், இயற்கை எரிவாயு) வடிவில் உள்ள கார்பன் உலகளவில் முதன்மை ஆற்றல் ஆதாரமாக செயல்படுகிறது.
- நிலக்கரி: இந்தியாவில் அனல் மின் உற்பத்திக்கு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது நாட்டின் மின் உற்பத்தியில் பெரும்பகுதியைக் கொண்டுள்ளது. இது எஃகுத் தொழிலில் ஒரு அத்தியாவசிய ஒடுக்கும் காரணியான கோக்காகவும் மாற்றப்படுகிறது.
- பெட்ரோலியம்: போக்குவரத்து மற்றும் வீட்டு வெப்பமூட்டலுக்கு ஆற்றல் அளிக்கும் பெட்ரோல், டீசல் மற்றும் மண்ணெண்ணெய் போன்ற எரிபொருட்களாக சுத்திகரிக்கப்படுகிறது. இந்திய சுத்திகரிப்பு நிலையங்கள் கச்சா எண்ணெயைச் சுத்திகரிக்கின்றன, இதில் பெரும்பாலானவை மும்பை ஹை மற்றும் அசாம் போன்ற உள்நாட்டுப் பகுதிகளிலிருந்து எடுக்கப்படுகின்றன.
- இயற்கை எரிவாயு: மின் உற்பத்தி, தொழில்துறை செயல்முறைகள் மற்றும் வாகனங்களுக்கு அழுத்தப்பட்ட இயற்கை எரிவாயு (CNG) ஆகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது தூய்மையான எரியும் மாற்றீட்டை வழங்குகிறது.
எழுதுதல் மற்றும் உயவுப் பொருள்
கார்பனின் ஒரு அல்லோட்ரோப்பான கிராஃபைட், அதன் தனித்துவமான பண்புகளுக்காக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- பென்சில்கள்: பென்சில்களில் உள்ள “லெட்” என்பது கிராஃபைட் மற்றும் களிமண் கலவையாகும். அதன் மென்மை மற்றும் அடையாளம் விடும் திறன் எழுதுவதற்கும் வரைவதற்கும் ஏற்றதாக அமைகிறது. உள்நாட்டு மற்றும் இறக்குமதி செய்யப்பட்ட கிராஃபைட்டைப் பயன்படுத்தி இந்தியாவில் ஒரு வலுவான பென்சில் உற்பத்தித் தொழில் உள்ளது.
- உயவுப் பொருள்: அதன் அடுக்கு அமைப்பு காரணமாக, கிராஃபைட் எளிதில் செதில்களாக உதிர்ந்து, சிறந்த உயவுப் பண்புகளை வழங்குகிறது, குறிப்பாக எண்ணெய் சார்ந்த உயவுப் பொருட்கள் செயல்படாத அதிக வெப்பநிலை சூழல்களில்.
இரத்தினக்கற்கள் மற்றும் உராய்வுப் பொருட்கள்
கார்பனின் மற்றொரு அல்லோட்ரோப்பான வைரங்கள், தனித்துவமான காரணங்களுக்காக மிகவும் மதிக்கப்படுகின்றன.
- இரத்தினக்கற்கள்: அவற்றின் அசாதாரண பளபளப்பு மற்றும் அரிதான தன்மை அவற்றை நகைகளில் மிகவும் மதிப்புமிக்கதாக ஆக்குகிறது. வரலாற்று ரீதியாக, கோல்கொண்டா மற்றும் பன்னா போன்ற பகுதிகள் பிரபலமான சுரங்கப் பகுதிகளாக இருந்ததால், இந்தியா வைரங்களுக்கு ஒரு குறிப்பிடத்தக்க ஆதாரமாக இருந்தது.
- தொழில்துறை உராய்வுப் பொருட்கள்: வைரங்களின் அதிகப்படியான கடினத்தன்மை (மோஸ் அளவுகோலில் 10) அவற்றை தொழில்துறை வெட்டுதல், அரைத்தல், துளையிடுதல் மற்றும் மெருகூட்டல் கருவிகளுக்கு அத்தியாவசியமாக்குகிறது, குறிப்பாக கான்கிரீட், பாறை மற்றும் உலோகங்கள் போன்ற கடினமான பொருட்களுக்கு.
நீர் சுத்திகரிப்பு
செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பன் (Activated carbon), கார்பனின் ஒரு பதப்படுத்தப்பட்ட வடிவம், அதிக நுண்துளைகள் கொண்டது மற்றும் ஒரு பெரிய மேற்பரப்புப் பரப்பைக் கொண்டுள்ளது.
- அட்ஸார்பன்ட் (Adsorbent): இந்த பண்புகள் அதை அசுத்தங்கள், குளோரின், கரிம சேர்மங்கள் மற்றும் தேவையற்ற சுவைகள் மற்றும் நாற்றங்களை நீரிலிருந்து அகற்ற ஒரு சிறந்த அட்ஸார்பன்டாக ஆக்குகின்றன. இந்தியாவில் சுத்தமான குடிநீர் கிடைப்பதை உறுதிப்படுத்த வீடுகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் நீர் சுத்திகரிப்பான்களில் செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பன் வடிகட்டிகள் பொதுவான கூறுகளாகும். இது பெரும்பாலும் தென்னங்கூடுகள் மற்றும் நெல் உமி போன்ற விவசாய துணைப் பொருட்களிலிருந்து உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.
கட்டுமானப் பொருட்கள் மற்றும் பாலிமர்கள்
அடிப்படை கட்டுமானப் பொருட்கள் மற்றும் செயற்கை பாலிமர்களின் பரந்த வரிசையின் உற்பத்தியில் கார்பன் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.
- சிமென்ட்: சுண்ணாம்புக்கல் (கால்சியம் கார்பனேட்) சிமென்ட் உற்பத்தியில் ஒரு முதன்மை மூலப்பொருள் ஆகும். இந்தியா உலகின் மிகப்பெரிய சிமென்ட் உற்பத்தியாளர்களில் ஒன்றாகும், பல மாநிலங்களில் சுண்ணாம்புக்கல் பெருமளவில் வெட்டியெடுக்கப்படுகிறது.
- எஃகு: கார்பன் இரும்புடன் கலக்கப்பட்டு எஃகு தயாரிக்கப்படுகிறது, இது அதன் வலிமை மற்றும் நீடித்துழைப்பை கணிசமாக மேம்படுத்துகிறது. நிலக்கரியிலிருந்து பெறப்பட்ட கோக், இரும்பு உற்பத்திக்கான வெடிப்பு உலை (blast furnace) செயல்முறையில் முக்கியமானது, இது பின்னர் எஃகாக மாற்றப்படுகிறது.
- பாலிமர்கள் மற்றும் பிளாஸ்டிக்குகள்: பாலிஎதிலீன், பாலிப்ரோப்பிலீன் மற்றும் PVC போன்ற பிளாஸ்டிக்குகள் உட்பட அனைத்து செயற்கை பாலிமர்களுக்கும் கார்பன் முதுகெலும்பாக அமைகிறது. இந்த பொருட்கள் நவீன வாழ்க்கையில் எல்லா இடங்களிலும் உள்ளன, பேக்கேஜிங், கட்டுமானம், ஜவுளி மற்றும் நுகர்வோர் பொருட்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்தியாவில் பெட்ரோ கெமிக்கல் தொழில் கச்சா எண்ணெய் மற்றும் இயற்கை எரிவாயுவை மூலப்பொருட்களாகப் பயன்படுத்தி இந்த கார்பன் அடிப்படையிலான பாலிமர்களை உற்பத்தி செய்கிறது.
தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் செயலாக்கம்
கார்பனின் தொழில்துறை கையகப்படுத்தல் மற்றும் பயன்பாடு அதன் குறிப்பிட்ட வடிவங்களுக்கு ஏற்ப பல்வேறு செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியது.
- நிலக்கரி சுரங்கம்: ஜார்க்கண்ட், ஒடிசா மற்றும் சத்தீஸ்கர் போன்ற மாநிலங்களில் திறந்தவெளி மற்றும் நிலத்தடி சுரங்க நடவடிக்கைகள் மூலம் வெட்டியெடுக்கப்படுகிறது. வெட்டியெடுக்கப்பட்ட நிலக்கரி பின்னர் கழுவப்பட்டு, நசுக்கப்பட்டு, அனல் மின் நிலையங்கள் அல்லது எஃகு உற்பத்திக்கு கோக் உலை பேட்டரிகளுக்கு கொண்டு செல்லப்படுகிறது.
- பெட்ரோலியம் மற்றும் இயற்கை எரிவாயு துளையிடுதல்: கச்சா எண்ணெய் மற்றும் இயற்கை எரிவாயு நிலத்தடி நீர்த்தேக்கங்களிலிருந்து துளையிடுதல் நடவடிக்கைகள் மூலம் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன, உள்நாட்டிலும் (எ.கா., அசாம்) மற்றும் கடற்கரையோரத்திலும் (எ.கா., மும்பை ஹை). கச்சா எண்ணெய் சுத்திகரிப்பு நிலையங்களில் பின்னக் காய்ச்சி வடிகட்டப்பட்டு பெட்ரோல், டீசல், மண்ணெண்ணெய் மற்றும் நாப்தா போன்ற பல்வேறு பொருட்களாகப் பிரிக்கப்படுகிறது, இவை பெட்ரோ கெமிக்கல் தொழிலுக்கு மூலப்பொருட்களாக செயல்படுகின்றன.
- கிராஃபைட் சுரங்கம் மற்றும் செயலாக்கம்: கிராஃபைட் தாது வெட்டியெடுக்கப்பட்டு (எ.கா., ஒடிசாவில்) பின்னர் அதன் கார்பன் உள்ளடக்கத்தை அதிகரிக்க செறிவூட்டப்படுகிறது (சுத்திகரிக்கப்படுகிறது). இது மேலும் தூள்கள், செதில்கள் அல்லது மின்முனைகள், உயவுப் பொருட்கள் மற்றும் பென்சில் ஈயங்களுக்கான வடிவங்களாகப் பதப்படுத்தப்படுகிறது.
- சுண்ணாம்புக்கல் குவாரிகள்: இந்தியா முழுவதும் சுண்ணாம்புக்கல் பரவலாக வெட்டியெடுக்கப்படுகிறது. இது நசுக்கப்பட்டு பின்னர் சூளையில் அதிக வெப்பநிலையில் (கால்சினேஷன்) சூடுபடுத்தப்பட்டு சுண்ணாம்பு (கால்சியம் ஆக்சைடு) உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது, இது சிமென்ட் உற்பத்தியில் ஒரு முக்கிய மூலப்பொருள் மற்றும் இரும்பு மற்றும் எஃகுத் தொழிலில் ஒரு பாய்ச்சலாகவும் (flux) பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பன் உற்பத்தி: காற்று இல்லாத நிலையில் (கார்பனைசேஷன்) மரம், தென்னங்கூடுகள் அல்லது நெல் உமி போன்ற கார்பன்மயப் பொருட்களை சூடுபடுத்துவது மற்றும் பின்னர் ஒரு நுண்துளை அமைப்பை உருவாக்க ஒரு செயல்படுத்தும் செயல்முறை (நீராவி அல்லது CO2 ஐப் பயன்படுத்தி இயற்பியல் ரீதியாகவோ அல்லது அமிலங்கள் அல்லது காரங்களைப் பயன்படுத்தி வேதியியல் ரீதியாகவோ) இதில் அடங்கும். இந்த செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பன் பல்வேறு சுத்திகரிப்பு அமைப்புகளில் பரவலான பயன்பாட்டைக் காண்கிறது.