תוֹכֶן
הפחמן מייצג את אחד היסודות הכימיים השופעים ביותר בכדור הארץ ועל פי המסה שלו, נופל שני רק לחמצן. החיים על כדור הארץ חייבים הם קיום לפחמן, מכיוון שהם הבסיס הכימי לכל הדברים החיים בכוכב הלכת הזה. בגלל ארבעת האלקטרונים הערכיים שלה, מולקולות הפחמן קשורות לחמצן, מימן וחנקן. פחמן גם נקשר עם זרחן וגופרית ויוצרים את אבני הבניין הביוכימיות הכוללות שומנים, חלבונים ופחמימות. ללא פחמן, בני האדם לא היו קיימים בצורה שהם עושים כיום.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
מאפייני הפחמן כוללים את יכולתו להתקשר עם חמצן, מימן, חנקן, זרחן וגופרית. תרכובות ביוכימיות פחמניות הן חיוניות לכל החיים על פני כדור הארץ. בגלל יכולת הקשר שלו, הפחמן יכול ליצור קשרים קוולנטיים יחידים, כפולים או משולשים עם אטומים אחרים.
צורות פיזיות מרובות
כאלמנט ביו-כימי אלוטרופי, הפחמן קיים בצורות פיזיות מרובות, למרות שהם דומים כימית. פחמן קיים כשאריות גרפיט, יהלום או פחמן שנשארו מאחור כאשר תרכובות מבוססות פחמן חוו חום ולחץ. הגרפיט הקיים במבנה דמוי גיליון הוא רך ומוליך חשמל. לעומת זאת, היהלום קשה ביותר, אינו מוליך חשמל והוא אינרטי. שאריות פחמן כוללות פחם, פחם וחומרים אחרים שבני האדם משתמשים בהם לאנרגיה.
מבנה אטום פחמן
אטום פחמן יציב הוא בעל שישה פרוטונים, שישה נויטרונים ושישה אלקטרונים, והתוצאה היא מסה אטומית של 12.011 ויושבת במקום השישי בטבלת האלמנטים התקופתיים. ארבעה מהאלקטרונים שלו נמצאים במעטפת החיצונית של האטום, בעוד שהשניים האחרים קיימים במעטפת הפנימית. מולקולות של מצב מוצק המורכבות רק מאטומי פחמן קשורים יוצרות צורות טטרהדרליות או משושים, תלוי במצבו הפיזי של החומר.
תכונות כימיות
הפחמן שורף בחמצן ליצירת פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני. פחמן יכול גם ליצור קרבידים כאשר הוא מחומם עם תחמוצות. לדוגמא, תחמוצת סידן המחוממת באמצעות פחמן יוצרת סידן קרביד ופחמן חד חמצני. בנוסף, תרכובות פחמן כמו פחמן חד חמצני משמשות כחומר הפחתה לתחמוצות מתכתיות. לדוגמה, החלת חום קיצוני ממקור כמו תנור לתחמוצת הברזל בסביבה חד תחמוצתית מפחיתה את תחמוצת הברזל לברזל.
שרשרות פחמן
פחמן יכול ליצור שרשראות של פחמן בקשרים יחידים, כפולים ומשולשים עם אטומי פחמן אחרים. תהליך זה נקרא "צירוף", זהו הבסיס ליצירת תרכובות אורגניות וללימוד הכימיה האורגנית. למרות שאלמנטים אחרים כמו סיליקון או גרמניום מסוגלים לשרשור מוגבל, הפחמן יכול גם ליצור שרשראות בגודל בלתי מוגבל. בנוסף, רק פחמן יכול להכיל קשרים כפולים ומשולשים ואילו אלמנטים אחרים יכולים ליצור קשרים יחידים בלבד.