Węgiel – pierwiastek energii, blasku i życia

Układ okresowy jest pełen niezwykłych pierwiastków. Kiedy myślimy o tym najcenniejszym, od razu do głowy wpada nam złoto – drogie, rzadkie i piękne. Ciężko sobie wyobrazić coś lepszego, ale istnieje pierwiastek, który bije go na głowę. To zwykły węgiel – niekwestionowany król! Ciężko w to uwierzyć? Dziś udowodnię, że tak właśnie jest!

Ważny element chemicznej układanki

Węgiel – całkiem niepozorny wśród pierwiastków. Zazwyczaj wyobrażamy sobie go jako czarnego, brudnego i w gruncie rzeczy nudnego. W układzie okresowym znajdziemy go już w II okresie pod numerem (pod liczbą atomową) 6. W jego jądrze znajduje się 6 protonów, zazwyczaj 6 neutronów, a wokół nich orbitują elektrony. Dwa blisko jądra i cztery troszkę dalej. I na tym właściwie można by zakończyć, ale to dopiero początek! Bo węgiel jest niezwykły i znajdziemy go praktycznie wszędzie.

Rozejrzyj się po pokoju. Widzisz krzesło? Znajduje się w nim węgiel. Trzymasz kartkę papieru? Znów węgiel. Masz na sobie sweter? Tak, w nim też znajdziesz węgiel! Ten pierwiastek jest jednym z najbardziej powszechnych na Ziemi. Jeszcze mało? Popatrz na swoje dłonie. One również zawierają w sobie ten pierwiastek! Węgiel może tworzyć najrozmaitsze związki.

Wszystko dzięki temu, że najlepiej czuje się, gdy ulega połączeniu. Może stworzyć cztery wiązania, zarówno z innymi pierwiastkami, jak i nawet z samym sobą. Na czym one polegają? Zazwyczaj atomy, które się łączą, współdzielą się swoimi elektronami znajdującymi się najdalej od jądra.

Dzięki temu uzyskują najkorzystniejszy dla siebie układ, to zjawisko znane jest w chemii jako reguła oktetu. Długość takich połączonych wiązaniami łańcuchów węgla może być ogromna i liczyć nawet tysiące i więcej atomów!

Pierwiastek wszystkiego, co żywe, i wszystkiego, co już umarło

Na Ziemi żyje ogromna ilość żywych organizmów. Ich różnorodność jest niezwykła. Od malutkich bakterii, których nie jesteśmy w stanie zobaczyć gołym okiem, po ogromne wieloryby, żyrafy czy nawet drzewa mierzące kilkadziesiąt metrów wysokości. Niezależnie jednak, jaki żywy organizm weźmiemy pod lupę, znajdziemy tam z całą pewnością jeden najważniejszy pierwiastek – węgiel.

Wszelkie życie, jakie jest nam znane, zbudowane jest z podobnych cegiełek – związków. Są nimi właśnie substancje składające się ze szkieletu węglowego. Ponadto te składniki mogą zawierać także wodór, azot, tlen, fosfor czy siarkę.

Ogólnie nazywamy je związkami organicznymi i wiele z nich możemy znaleźć w nas samych. Są one tak ważne, że w chemii wyróżnia się cały ogromny dział opisujący je nazywany chemią organiczną.

Przeczytaj też: Wnętrze Ziemi – co przed nami kryje?

Dzięki temu, że węgiel jest tak powszechny we wszystkich organizmach żywych, znalazł zastosowanie… w archeologii! Tak, jest używany do wyznaczania wieku znalezionych kości czy innych fragmentów pradawnych form życia. Na jakiej zasadzie to działa?

Jak wspomniano wcześniej, węgiel zazwyczaj posiada w swoim jądrze 6 neutronów. Zazwyczaj, ponieważ ta forma stanowi w przyrodzie 99% całych zasobów tego pierwiastka. Jednak węgiel może zawierać w swoim jądrze także 7 neutronów, które stanowią około 1% całego spotykanego węgla oraz 8 neutronów, którego ilość jest naprawdę niewielka, ale to właśnie on jest w tych badaniach najważniejszy! Te różne typy atomów węgla nazywamy w chemii izotopami.

Każda z tych form występuje w naszym organizmie w pewnej ilości i dopóki żyjemy, niewiele się zmienia. Jednak ostatnia forma, o największej liczbie neutronów w jądrze, jest bardzo nietrwała i w momencie śmierci zaczyna się rozpadać.

Rozpoczyna się moment naukowego odliczania. Od tej chwili węgiel ten będzie się rozpadał dokładnie o połowę jego ilości co około 5700 lat. Kiedy naukowcy znajdują jakąś pradawną próbkę, oznaczają w niej ilość atomów węgla posiadających w jądrze 8 neutronów. To, ile go ubyło, świadczy o wieku badanego obiektu.

W kopalni i na palcu – odmiany alotropowe węgla

Czy węgiel może być i miękki i twardy, zarówno przejrzystobłyszczący, jak i metalicznoczarny? Tak! Czysty pierwiastek może czasami w tym samym stanie skupienia przybierać różną formę. To zjawisko nazywamy odmianą alotropową pierwiastka.

Jedną z takich odmian węgla trzymamy w rękach praktycznie codziennie. Jest nim grafit, który znajdziemy na przykład we wkładach do ołówków. Ma czarny kolor i posiada srebrzysty połysk. Jego budowa przypomina plastry miodu.

Każda warstwa zbudowana jest z połączonych ze sobą sześciokątów, na których wierzchołkach znajdują się atomy węgla. Kolejne warstwy połączone są słabymi oddziaływaniami, dlatego materiał ten świetnie nadaje się do pisania.

Grafit jest miękki, czarny i raczej niespecjalnie zachwyca. Jednak atomy węgla ułożone w inny sposób mogą dać całkowicie odmienny materiał, który jest niezwykle drogi i ceniony na świecie. Diament – to również jedna z odmian węgla. Jest przejrzystym kryształem, który jest nie tylko piękny, ale posiada też niesamowite właściwości. Jest bardzo twardy i dlatego wykorzystywany jest na przykład do cięcia szkła!

Węgiel to kameleon wśród pierwiastków. Może występować w różnych odmianach. Buduje wszystkie żywe organizmy na Ziemi! Mam nadzieje, że teraz już łatwo zrozumieć, dlatego mało który pierwiastek mógłby próbować mu dorównać.

Literatura:

https://www.livescience.com/28698-facts-about-carbon.html

https://www.britannica.com/science/carbon-chemical-element

https://blogs.scientificamerican.com/observations/why-carbon/

https://www.thoughtco.com/carbon-element-facts-606515

https://www.projektpulsar.pl/struktura/2105787,1,promieniotworczosc-zdradza-wiek.read

https://zpe.gov.pl/a/odmiany-wegla-pierwiastkowego/D8mRW9Ag8

Autor

Monika Tarasek

Nieustannie odkrywam piękno świata biologii i chemii. Głęboko wierzę, że wszystkie skomplikowane zjawiska przyrodnicze można wyjaśnić w sposób prosty i przystępny. Ukończyłam kierunek Biochemia na Uniwersytecie Jagiellońskim. W wolnym czasie dużo się uśmiecham, chodzę z głową w chmurach, a kiedy nie rozwijam się naukowo, spełniam się artystycznie.

Więcej od tego autora