कार्बन

प्रांगार (कार्बन; मराठीत कर्ब)) (C, अणुक्रमांक ६) हा एक घनरूप अधातू मूलद्रव्य आहे. जगातील मुख्य पदार्थ हे कार्बनपासून बनलेले आहेत. कार्बन हा मुक्त किंवा संयुगावस्थेत आढळतो.

संयुगावस्थेत कार्बन खालीलप्रमाणे आढळतो,

१) कार्बन डायऑक्साईड, कार्बोनेट इत्यादी.

२) जीवाश्म इंधने-दगडी कोळसा, पेट्रोलियम, नैसर्गिक वायू

३) कार्बनी पोषकद्रव्ये-पिष्टमय पदार्थ, प्रथिने, मेद

४) नैसर्गिक धागे-कापूस, लोकर, रेशीम.

कार्बनची अवरूपता-निसर्गात मूलद्रव्ये एकापेक्षा अधिक रूपांत आढळतात. त्यांचे भौतिक गुणधर्म वेगवेगळे असतात. मूलद्रव्यांच्या या गुणधर्माला "अपरूपता" असे म्हणतात.

उदा. कार्बन, सल्फर, फॉस्फरस ही अशी अपरूपे असलेली मूलद्रव्ये आहेत.

कार्बनची अपरूपे-

अ)स्फटिक रूपे

- या रूपामधील अणूंची रचना नियमित व निश्चित असते.

- याचे द्रवनांक आणि उत्कलनांक उच्च असतात.

- यांची भौमितिक रचना निश्चित असते, तीक्ष्ण कडा आणि पृष्ठभाग सपाट असतो.

कार्बनची तीन स्फटिकी अपरूपे आहेत ती खालीलप्रमाणे-

१) हिरा-›

भारतात हिरा प्रामुख्याने कर्नाटक व मध्यप्रदेश या ठिकाणी सापडतो. हिऱ्यामध्ये कार्बनचा प्रत्येक अणू शेजारील चार कार्बन अणूंशी सहसंयुज बंधाने विशिष्ट पद्धतीने बांधलेला असतो. त्यामुळे हिरा टणक असतो.

गुणधर्म-

१) निसर्गात सर्वात जास्त टणक पदार्थ आहे.

२) घनता = ३.५ ग्रॅम/घन सें.मी.

३) विद्युत दुर्वाहक आहे.

४) हिऱ्यावर आम्ल आणि आम्लारी याचा काहीही परिणाम होत नाही.

५) हिरा कोणत्याही द्रावकात विरघळत नाही.

२) ग्राफाईट-

ग्रॅफाईटमध्ये प्रत्येक कार्बन इतर तीन कार्बनसोबत षट्कोनामध्ये बांधलेला असतो. ग्राफाईटचे स्फटिक ग्राफीनच्या अनेक स्तरांनी बनलेले असते.

गुणधर्म:-

१) निसर्गात सापडणारे ग्रॅफाईट काळे, गुळगुळीत, मऊ आणि ठिसूळ असते.

२) मुक्त इलेक्ट्रॉन असल्याने हे विद्युत सुवाहक असतात.

३) ग्रॅफाईटची घनता १.९ ते २.३ ग्राम प्रति घन सें.मी. आहे.

४) ग्र,फाईट बहुतांश द्रावकांमध्ये विरघळत नाही.

उपयोग:-

१) वंगण तयार करण्यासाठी

२) कार्बन इलेक्ट्रोड बनविण्यासाठी

३) लिहिण्याच्या पेन्सिलमध्ये ग्रॅफाईट व विशिष्ट प्रकारची माती वापरली जाते.

४) रंग, पॉलिश तयार करताना ग्रॅफाईट वापरतात.

५) आर्क दिव्यांमध्ये ग्रॅफाईट वापरतात.

६) वजनाने हलके व टिकाऊ असल्याने याचा उपयोग खेळाचे साहित्य तयार करण्यासाठी होतो.

७) त्याच्या निसरड्या गुणामुळे, मशीनच्या भागामध्ये ग्रॅफाईट कोरडे वंगण म्हणून वापरले जाते.

८) रसायनांना प्रतिरोधक असणे आणि उच्च द्रवनांक आणि उष्णतेचे एक चांगले सुवाहक म्हणून क्रुसिबल (मूस) बनविण्यासाठी ग्रॅफाईट वापर केला जातो.

३)फुलेरीन-

फुलेरीन (Fullerene), ज्याला बकमिन्स्टर फुलेरीन देखील म्हणतात हे कार्बनचे एक अपरूप आहे. फुलेरीनचा शोध १९५५ मध्ये इंग्लंडच्या सर हॅरोल्ड डब्ल्यू. क्रोटा आणि अमेरिकेचे रिचर्ड ई.स्मॅली आणि रॉबर्ट एफ. कर्ल यांनी लावला होता. हेलियम वायूच्या वातावरणामध्ये ग्रॅफाइट रॉड्सचे बाष्पीकरण करताना लेसर वापरून, या केमिस्ट आणि त्यांच्या साहाय्यकांनी ६० कार्बन अणू (सी ६०) असलेले पिंजऱ्यासारखे रेणू एकत्र केले आणि एकेरी व दुहेरी बंध बनून १२ पंचकोन आणि २० षट्कोनसह पोकळ गोल तयार केले. फुटबॉल किंवा सॉकर बॉलसारखे दिसणारे हे डिझाईन तयार केल्याबद्दल १९९६मध्ये या तिघांना त्यांच्या प्रयत्नांसाठी नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. अमेरिकन आर्किटेक्ट आर. बकमिन्स्टर फुलर यांच्यानंतर सी ६०रेणूला बकमिन्स्टरफुलेरीन (किंवा अधिक सोप्या भाषेत, बकीबॉल) असे नाव देण्यात आले. फुलेरीन्स, विशेषतः अत्यंत सममितीय गोलाकार सी ६० हे विज्ञान आणि वास्तुशास्त्र, गणित, अभियांत्रिकी आणि व्हिज्युअल आर्ट्‌स यांच्यामधील सौंदर्याचा फरक दूर केल्याने, सौंदर्य आणि अभिजातता या शास्त्रज्ञाच्या कल्पनांना मूर्तरूप दिले.

फुलेरीस हे कार्बनचे तिसरे अपरूप आहे. २० व्या शतकाच्या शेवटच्या काळात त्यांच्या अस्तित्वाचा शोध लागला. त्यांच्या शोधामुळे शीट सामग्रीच्या वर्तनाचे संपूर्णपणे नवीन आकलन झाले आणि यामुळे नॅनो सायन्स आणि नॅनोटेक्नाॅलॉजीचा एक नवीन अध्याय उघडला - अत्याधुनिक सामग्रीचे वर्तन दर्शविणाऱ्या अणू प्रमाणातील जटिल प्रणालींचे नवीन रसायनशास्त्र, विशेषतः नॅनोट्यूब्स विविध प्रकारचे नावीन्यपूर्ण यांत्रिकी आणि इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म प्रदर्शित करतात. ते उष्णता आणि विजेचे उत्कृष्ट कंडक्टर आहेत आणि त्यांच्यात आश्चर्यकारक तणाव आहे. अशा गुणधर्मांद्वारे इलेक्ट्रॉनिक्स, स्ट्रक्चरल साहित्य आणि औषधांमध्ये रोमांचक अनुप्रयोगांचे वचन दिले जाते. या नवीन साहित्यांच्या संश्लेषणावर अचूक स्ट्रक्चरल नियंत्रण प्राप्त झाल्यावरच व्यावहारिक अनुप्रयोगांची अनुभूती होईल.

समस्थानिके
प्रांगार मूलद्रव्याची ३ समस्थानिके आहेत, प्रांगार-१२ (१२C), प्रांगार-१३ समस्थानिक 13 हे चुंबकीय समस्थानिक आहे. याचा वापर कार्बन पदार्थामध्ये रचनात्मक अभ्यासासाठी केला जातो (१३C), प्रांगार-१४ C14ची निर्मिती हायड्रोजन मुलद्रव्यावर काॅस्मीक रेचा मारा करून केली जाते(१४C). त्यातले प्रांगार-१२ (१२C) आणि प्रांगार-१३ (१३C) ही दोन स्थिर समस्थानिके आहेत, पण प्रांगार-१४ (१४C) हा किरणोत्सर्गी समस्थानिक आहे. त्याचा अर्धा जीवन काल ५७३० वर्षांचा आहे. 
प्रांगार-१४ (१४C)चा हा गुणधर्म वापरून पुरातन वस्तूचे कालमापन करतात. याचा शोध विलार्ड लिबी यांनी लावला.इ.स 1430 मध्ये

अंतर्गत बांधणीमुळे प्रांगार वेगवेगळ्या प्रकारची रूपे दाखवतो. उदा० काळा कोळसा व चमकणारा हिरा ही एकाच प्रांगाराची दोन रूपे आहेत. पण अंतर्गत बांधणीमुळे त्यांत जमीन-अस्मानाचा फरक जाणवतो.

ब) अस्फटिकी अपरूपे (Non cryastaline/amorphous forms)

या रूपातील कार्बनच्या अणूंची रचना ही नियमित नसते. दगडी कोळसा, लोणारी कोळसा, कोक ही कार्बनची अस्फटिकी रूपे आहेत.

१) दगडी कोळसा- दगडी कोळसा हे एक जीवाश्म इंधन असून यामधे कार्बन, ऑक्सिजन व हायड्रॉजन असतात. यात मोठ्या प्रमाणात नायट्रोजन, फॉस्फरस, सल्फर असतात. हा घनरूपात सापडतो. याचे चार प्रकार आहेत.

अ) पीट : कोळसा तयार होतानाची पहिली पायरी म्हणजे पीट तयार होणे होय. यामधे पाण्याचे प्रमाण जास्त व कार्बनचे प्रमाण ६०% पेक्षा खूप कमी असते म्हणून यापासून कमी उष्णता मिळते 

आ) लिग्नाईट : जमीनीच्या आत वाढता दाब व तापमान यामुळे पीटचे रूपांतर लिग्नाईटमधे झाले. यामधे कार्बनचे प्रमाण ६० ते ७०% असते . कोळसा तयार होण्याची दुसरी पायरी म्हणजे लिग्नाईट होय.

इ) बुटिमिनस : कोळशाच्या निर्मितीच्या तिसऱ्या पायरीत बुटिमिनस तयार झाले. यात कार्बनचे प्रमाण सुमारे ७० ते९०% असते.

ई) ॲंन्थ्रासाईट : कोळशाचे शुद्ध स्वरूप म्हणून हा ओळखला जातो. हा पूर्ण कोळसा असून त्यात कार्बनचे प्रमाण सुमारे ९५% असते.

दगडी कोळशाचे उपयोग :

अ) कारखान्यात व घरात दगडी कोळसा हा इंधन म्हणून वापरला जातो.

आ) कोक, कोल गॅस व कोल टार मिळवण्यासाठी दगडी कोळशाचा वापर करतात .

इ) विद्युत निर्मितीसाठी औष्णिक विद्युत केन्द्रात वापरतात.

२) चारकोल (लोणारे कोळसा) :  प्राण्यांपासून तयार होणारा चारकोल हा प्राण्यांची हाडे, शिंगे इत्यादींपासून तयार करतात तर वनस्पतींपासून तयार होणारा चारकोल हा लाकडाच्या अपुऱ्या हवेत केलेल्या ज्वलनापासून तयार होतो. हा घरातील शेगड्यांमध्ये इंधन म्हणून वापरतात.

३) कोक : दगडी कोळशातून कोल गॅस काढून घेतल्यावर उरणाऱ्या शुद्ध कोळशाला कोक असे म्हणतात.

कोकचे उपयोग :

अ) घरगुती इंधन म्हणून वापरतात

आ) क्षपणकारक म्हणून कोकचा उपयोग होतो.

इ) वॉटर गैस (CO + H2 ) व  प्रोड्युसर गॅसच्या (CO+H2+CO2+N3) निर्मितीत कोकचा उपयोग करतात.

मूलद्रव्ये
कार्बनची संयुगे