The end of sky
นางสาว สุณิสา ณัฐพรณิชกุล

คุณสมบัติและประโยชน์ของธาตุคาร์บอน


 คาร์บอน ( Carbon) เป็นธาตุในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ C และเลขอะตอม 6  เป็นธาตุอโลหะ
ที่มีอยู่มากในธรรมชาติ  มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน เท่ากับ  4 และมีหลายอัญรูป  คือ
          1. เพชร (แร่ธาตุที่แข็งที่สุด)   โครงสร้างยึดเหนี่ยว  4 อิเล็กตรอนใน sp3-orbital แบบ 3 มิติ 
          2. แกรไฟต์ (หนึ่งในสารที่อ่อนที่สุด) โครงสร้างยึดเหนี่ยว 3 อิเล็กตรอนใน sp2-orbital 2 มิติ 
และ 1 อิเล็กตรอนใน p-orbital 
          3. ฟูลเลอไรต์ (หรือ ฟูลเลอรีน) คือโมเลกุลขนาดนาโนเมตร ในรูปแบบที่เรียบง่าย คาร์บอน 60
อะตอมจะเรียงตัวคล้ายกับชั้นแกรไฟต์ ซึ่งงอตัวจนเป็นโครงสร้างสามมิติที่คล้ายกับลูกฟุตบอล
          คาร์บอนมี  3 ไอโซโทป (ธาตุชนิดเดียวกัน มีเลขอะตอมเท่ากัน และเลขมวลต่างกัน ) คือ 
คาร์บอน - 12  คาร์บอน - 13 และ คาร์บอน - 14  ในธรรมชาติจะพบ คาร์บอน - 12  จำนวนมากถึง 
98.9 %  คาร์บอน - 13 จำนวน 1.1 % และพบ คาร์บอน - 14  จำนวนน้อยมาก โดยในต้นไม้ที่ยังมี
ชีวิตอยู่ เราจะพบว่าจำนวนอะตอมของ C -14 : จำนวนอะตอมของ C -12 จะเท่ากับ 1:1 ล้านล้าน
           คาร์บอน - 12  และ คาร์บอน - 13 เป็นไอโซโทปที่เสถียร  ส่วนคาร์บอน-14 เป็นไอโซโทป
กัมมันตรังสี



ภาพไอโซโทปของคาร์บอน  (ที่มา http://www.tint.or.th/nkc/nkc5003/nkc5003z.html )

         คาร์บอน - 14 
           คาร์บอน-14 เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ระหว่างอนุภาคนิวตรอนที่ได้จากรังสีคอสมิก กับ
อะตอมของธาตุไนโตรเจน ในชั้นบรรยากาศ ดังสมการ 
             
          

                                                    
  
เนื่องจากคาร์บอน-14 เป็นธาตุกัมมันตรังสี เมื่อเกิดขึ้นแล้วจะสลายกัมมันตรังสีให้อนุภาคบีตา และเปลี่ยนตัวเองเป็นอะตอมของไนโตรเจน-14  ดังสมการ 

                                                        
   
          เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 
          หลังจากนั้นคาร์บอน-14 ก็จะรวมตัวกับออกซิเจนในบรรยากาศกลายเป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์แล้วแพร่กระจายลงมายังบรรยากาศชั้นล่าง และเข้าสู่สิ่งมีชีวิตโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และการกินพืชเป็นอาหาร นอกจากนั้นยังแพร่กระจายลงสู่ทะเลและมหาสมุทร และอยู่ในรูปของสารประกอบไบคาร์บอเนต และคาร์บอเนต

                                           

                      ภาพ รูปของสารประกอบ ไบคาร์บอเนต และคาร์บอเนต  (ที่มา http://www.tint.or.th/nkc/nkc5003/nkc5003z.html )

          การสลายตัวของ คาร์บอน-14 
          การเกิดและการสลายกัมมันตรังสีของคาร์บอน-14 นั้น เป็นไปอย่างต่อเนื่อง เมื่อระยะเวลาผ่าน
ไปเนิ่นนานทำให้อัตราการเกิดคาร์บอน-14 เท่ากับอัตราการสลายกัมมันตรังสีของมัน นั่นก็หมายความว่า
  ปริมาณคาร์บอน-14 ต่อกรัมของคาร์บอน มีค่าคงที่ตลอดเวลา ทั้งในบรรยากาศ น้ำ หรือสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย 
          การใช้ คาร์บอน-14 หาอายุของวัตถุโบราณ
          เมื่อสิ่งมีชีวิตทั้งหลายตายไป การแลกเปลี่ยนคาร์บอน-14 ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับชั้นบรรยากาศสิ้นสุดทำให้ปริมาณคาร์บอน-14 ที่มีอยู่เดิมลดจำนวนลงไปเรื่อย ๆ อันเป็นผลสืบเนื่องมาจากการสลายกัมมันตรังสีของธาตุกัมมันตรังสี จากกฎการสลายกัมมันตรังสีของธาตุกัมมันตรังสี สามารถคำนวณหาเวลาตั้งแต่สิ่งมีชีวิตนั้นตายไปจนกระทั่งถึงปัจจุบัน (ปี) โดยทั่วไปการหาอายุโดยวิธีนี้ สามารถหาอายุได้ในช่วง 200 ถึง 50,000 ปี ซึ่งตัวอย่างที่สามารถนำมาหาอายุโดยวิธีนี้ต้องมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ ไม้ ถ่าน เปลือกหอย กระดูก และพีต เป็นต้น สำหรับตัวอย่าง หิน แก้ว เครื่องปั้นดินเผา ไม่สามารถนำมาหาอายุโดยวิธีนี้ได้           
          เทคโนโลยีคาร์บอน-14 หาอายุของวัตถุโบราณ            
          ธาตุ C -14 มีครึ่งชีวิต (half life) เท่ากับ 5,730 ปี ซึ่งหมายความว่าภายในเวลา 5,730 ปี ครึ่งหนึ่งของอะตอม C -14 ที่มีในวัตถุ จะสลายตัว และอีก 5,730 ปี ครึ่งหนึ่งของอะตอม C -14 ที่เหลือซึ่งก็คือ 1 ใน 4 ของของเดิมจะสลายตัว เป็นเช่นนี้ไปทีละครึ่งของ ที่มีในทุก 5,730 ปี จนกระทั่งอะตอมของ C -14สลายตัวหมด และเพราะเหตุว่าความร้อน ความเย็น หรือความดันใดๆ ไม่สามารถ ชะลอหรือเร่งเวลาในการสลายตัวของอะตอมเหล่านี้ได้เลย ดังนั้นการรู้อัตราการสลายตัวของ C -14 ที่มีในวัตถุ จะทำให้นักวิทยาศาสตร์คำนาณหาอายุของวัตถุนั้นได้ทันที          

          เครื่องมือที่ใช้ในการวัดกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอน-14            
           มี 2 แบบ คือเครื่องนับรังสีแบบสัดส่วนในแก๊ส (Gas Proportional Counter)   
เครื่องนับรังสีแบบแสงวับในของเหลว (Liquid Scintillation Counter)
           1. เครื่องนับรังสีแบบสัดส่วนในแก๊ส จะต้องเปลี่ยนคาร์บอนในตัวอย่างให้อยู่ในรูปของแก๊ส 
เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สมีเทน หรือแก๊สอะเซทิลีน
           2.เครื่องนับรังสีแบบแสงวับในของเหลวนั้น จะต้องเปลี่ยนคาร์บอนให้อยู่ในรูปของสารประกอบ
เบนซีน ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการเคมีอยู่ 3 ขั้นตอน คือการเปลี่ยนคาร์บอนในตัวอย่างให้อยู่ใน
รูปแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ การเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแก๊สอะเซทิลีน และการเปลี่ยน
แก๊สอะเซทิลีนเป็นสารประกอบเบนซีน หรือทำการดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรงด้วย
สารละลายที่เป็นด่าง  การหาอายุด้วยวิธีคาร์บอน-14 จำเป็นต้องวัดกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอน-14
ในตัวอย่างเปรียบเทียบกับกัมมันตภาพรังสีของสารมาตรฐาน โดยทั่วไปสารมาตรฐานที่นิยมใช้อยู่ใน
ปัจจุบัน คือ กรดออกซาลิก และ ANU Sucrose

จากกฎการสลายของธาตุกัมมันตรังสี สามารถนำมาใช้ในการหาอายุของวัตถุโบราณ ดังแสดงในสมการ
 
                                                
 
           เมื่อ           คือ กัมมันตภาพรังสีที่เวลาเริ่มต้น  
                            คือ กัมมันตภาพรังสีที่เวลาใด ๆ 
                        t       คือ อายุ (ปี)  
  
          ปริมาณตัวอย่างที่ใช้สำหรับการกำหนดค่าอายุด้วยวิธีคาร์บอน-14

                             ตัวอย่าง                          ปริมาณตัวอย่าง (กรัม)
                                ถ่าน                                           10-20
                                ไม้                                              20-30
                            เปลือกหอย                                       50-100
                              กระดูก                                          500 -1000
                            คาร์บอเนต                                       50-60
                     
           สมบัติทั่วไปของธาตุคาร์บอน
            
                          ชื่อ                                              คาร์บอน
                          สัญลักษณ์                                      C
                          หมายเลข                                       6 
                          อนุกรมเคมี                                    อโลหะ 
                          หมู่, คาบ, บล็อก                               4, 2, p 
                          ลักษณะ                              ดำ (แกรไฟต์)  ไม่มีสี (เพชร)                                             
                          มวลอะตอม                                      12.0107 (8) กรัม/โมล 
                          การจัดเรียงอิเล็กตรอน                       1s2 2s2 2p2 
                           อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน               2, 4 
                           สถานะ                                              ของแข็ง 
                          โครงสร้างผลึก                                   หกเหลี่ยม 
                           สถานะออกซิเดชัน                            4, 2 (กรดอ่อนออกไซด์) 
                           อิเล็กโตรเนกาติวิตี                             2.55 (พอลิงสเกล) 
                           พลังงานไอออไนเซชัน  ระดับที่ 1       1086.5 กิโลจูล/โมล 
                                                           ระดับที่ 2        2352.6 กิโลจูล/โมล 
                                                           ระดับที่ 3        4620.5 กิโลจูล/โมล 
                           รัศมีอะตอม                                      70 pm 
                           รัศมีอะตอม (คำนวณ)                        67 pm 
                           รัศมีโควาเลนต์                                  77 pm 
                           รัศมีวานเดอร์วาลส์                            170 pm 
                           การจัดเรียงทางแม่เหล็ก                    ไดอะแมกเนติก 
                           เลขทะเบียน CAS                            7440-44-0 
  
               ตัวอย่างวัตถุโบราณ ตรวจหาอายุโดยใช้  คาร์บอน-14 

                    1.โครงกระดูกโบราณ                  
                    2. มัมมี่                                       
                    3.เปลือกหอย
              
      




อ้างอิง

http://carbonny.blogspot.com/

http://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=2663

คำสำคัญ (Tags): #carbon#zoogeography
หมายเลขบันทึก: 494342เขียนเมื่อ 10 กรกฎาคม 2012 19:24 น. ()แก้ไขเมื่อ 11 กรกฎาคม 2012 15:42 น. ()สัญญาอนุญาต: ครีเอทีฟคอมมอนส์แบบ แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน


ความเห็น (6)

ชอบCarbon ที่มีโครงสร้างยึดเหนี่ยว = 4 มีอิเล็กตรอนใน SP 3 Orbital มากค่ะ

เพราะมีคุณค่า ทางใจ + ทางเศรษฐกิจ + ความแข็งแกร่งเป็นเลิศ ==> เพชร สุดยอด ของแร่ธาตุ

ขอบคุณมาก สำหรับบทความดีดีนี้ค่ะ

ขอบคุณสำหรับความคิดเห็นมากๆนะค่ะ ^^

ธาตุคาร์บอนในแต่ละรูปแบบก็มีประโยชน์และความสำคัญในแต่ละด้านแตกต่างกันไปนะค่ะ แต่คิดว่าใครๆก็น่าจะชอบคาร์บอนที่เป็นเพชรกันนะค่ะ (รวมถึงตัวดิฉันด้วยค่ะ) ^_^

เม็ดคาร์บอนกรองน้้ำที่ปลี่ยนออกจากเครื่องกรองน้ำ นำไปปลูกต้นได้ไหมครับ มีทดลองเอาไปโรยกระถางต้นไม้ แต่ต้นไม้กลับไม่งาม น่าจะเกิดจากคาร์บอนหรือไม่ เพราะิะไร โรยคลุมดินในกระถางต้นไม้อีกทีพืชไม่ได้รับออกซิเจนหรือเปล่า ขอถามผู้รู้ครับ

พบปัญหาการใช้งานกรุณาแจ้ง LINE ID @gotoknow
ขอแนะนำ ClassStart
ระบบจัดการการเรียนการสอนผ่านอินเทอร์เน็ต
ทั้งเว็บทั้งแอปใช้งานฟรี