કાર્બન : આવર્તક કોષ્ટકના 14મા (અગાઉના IV A) સમૂહનું રાસાયણિક અધાતુ તત્વ. સંજ્ઞા C, પરમાણુક્રમાંક 6, પરમાણુભાર 12.011, વિપુલતામાં દુનિયામાં છઠ્ઠું સ્થાન ધરાવે છે. ઊંચું તાપમાન ધરાવતા તારાઓમાં હાઇડ્રોજનની ઉષ્મા નાભિકીય દહન (thermonuclear burning) પ્રક્રિયામાં તે અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. પૃથ્વી પર તે મુક્ત અવસ્થામાં તેમજ સંયોજન સ્વરૂપે મળી આવે છે (0.2 %). શુદ્ધતમ અવસ્થામાં તે હીરા અને ગ્રૅફાઇટ તરીકે મળી આવે છે અને અશુદ્ધ સ્વરૂપે કુદરતમાં મળી આવતા કોલસો, કોક અને ચારકોલ રૂપે પ્રાપ્ય છે. વાતાવરણમાં અને કુદરતી પાણીમાં દ્રાવ્ય સ્વરૂપે CO2 (0.05 %) સંયોજન તરીકે મળી આવે છે. કાર્બોનેટ ખનિજ તરીકે, લાઇમ સ્ટોન કે આરસપહાણ તરીકે અને કોલ, પેટ્રોલિયમ અને કુદરતી વાયુમાં તે હાઇડ્રોકાર્બન સ્વરૂપે મળી આવે છે. તે એક અદભૂત તત્વ છે અને પૃથ્વી પરનાં 94 % (40 લાખથી વધુ) સંયોજનોમાં તે હોય છે. કાર્બનનો પરમાણુ બીજા પરમાણુ સાથે બંધ બનાવતો (catenation) હોવાને લીધે તે વિવિધ પ્રકારનાં સંકીર્ણ-સંયોજનો બનાવે છે (જુઓ : કાર્બનિક સંયોજનો અને કાર્બનિક રસાયણ), જેનાં પર પૃથ્વી પરના બધા જ જીવોનું જીવન આધારિત છે. કેટલાક જીવંત પદાર્થોમાં કાર્બનિક સંયોજનોનું પ્રમાણ 18 % જેટલું હોય છે, જ્યારે બાકીનો હિસ્સો પાણીનો હોય છે.
આ કાર્બનિક સંયોજનો જેમાંથી કોષનું સર્જન થાય છે, તે જીવંત કોષોની રૂપરેખા (blue print) તરીકે કાર્ય કરે છે. કાર્બનનાં કેટલાંક સંયોજનો બળતણ તરીકે કાર્ય કરે છે અને તે પ્રકાશ-સંશ્લેષણ દ્વારા બનતાં જ રહે છે. જ્યારે કોઈ જીવંત વસ્તુ નાશ પામે ત્યારે બાહ્ય પરિસર(environment)માંથી તેમાં થતો 14Cનો વિનિયમ બંધ થાય છે. અવશેષમાંની 14Cની વિકિરણધર્મિતા નક્કી કરી તેના આયુષ્યની ગણતરી કરી શકાય છે. વિકસિત દેશોના અર્થકારણનો મુખ્ય અંશ કાર્બનિક બળતણ, પ્લાસ્ટિક, રસાયણો, કાપડ, રંગો, ઔષધોનાં પ્રોસેસિંગ તથા ઉત્પાદનમાં રહેલો છે. તે કારણસર ત્યાંના લોકોનું જીવનધોરણ ઘણું ઊંચું હોય છે.
કાર્બન પરમાણુના ગુણધર્મો : કાર્બન, સિલિકોન, જર્મેનિયમ, ટિન અને લેડ, 14મા સમૂહનાં તત્વો છે. તેમાં કાર્બન વધુમાં વધુ અધાતુ ગુણધર્મ ધરાવે છે ને અન્ય ચાર તત્ત્વોથી તેના ગુણધર્મો તદ્દન ભિન્ન છે. કુદરતમાં મળી આવતા કાર્બનમાં 12C 98.89 % મુખ્ય સ્થિર સમસ્થાનિક છે. 13C સમસ્થાનિક 1.11 % જેટલું પ્રમાણ ધરાવે છે. તેના અન્ય છ વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકો છે, જેમાં 14C (અર્ધ આયુષ્ય 5,730 વર્ષ) સૌથી વધુ સ્થિર અને ઉપયોગી સમસ્થાનિક છે. અન્ય વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકો 9Cથી 11C અને 15Cથી 16C છે. પૃથ્વીના વાતાવરણમાં 14C નીચે પ્રમાણે બને છે :
આ પરિસ્થિતિમાં તેનું ઝડપથી 14CO2માં ઉપચયન થાય છે. કાર્બન પરમાણુ નીચેની ઇલેક્ટ્રૉનીય રચના ધરાવે છે :
C → 1s2, 2s2, 2p2
તેમાં બાહ્ય કક્ષામાં 2s2 અને 2p2 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. 2s2 કક્ષકમાંથી એક ઇલેક્ટ્રૉન 2p કક્ષકમાં જાય છે અને છેવટે ચારે કક્ષક સંકરણથી ચાર નવી કક્ષક sp3 ઉત્પન્ન કરે છે, જેમાં દરેકમાં એક એક ઇલેક્ટ્રૉન એકસરખી ઊર્જા ધરાવે છે. આ અવસ્થાને sp3 સંકરણ (hybridisation) કહેવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં કાર્બન પરમાણુ એકસરખી ઊર્જાવાળા ચાર સહસંયોજક બંધ રચી શકે છે. અધાતુઓની જેમ sp2 અને sp તે અનુક્રમે ત્રણ એક-બંધ, અને એક દ્વિ-બંધ, બે એક-બંધ અને એક ત્રિબંધ રચી શકે છે.
શુદ્ધ કાર્બન હીરો, ગ્રૅફાઇટ અને અસ્ફટિકમય કાર્બન તથા ફુલેરીન તેમ ચાર અપરરૂપો ધરાવે છે.
હીરો કાર્બનનું શુદ્ધ સ્વરૂપ છે. તે સૌથી વધુ સખત પદાર્થ છે. શુદ્ધ હીરો રંગહીન અને પારદર્શક પદાર્થ છે. અન્ય અશુદ્ધિઓને લીધે તે જુદા જુદા રંગના હોય છે. તે રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે. ઊંચા તાપમાને સળગાવતાં તે હવામાં બળી શકે છે. તે ઉષ્મા અને વીજઅવાહક છે. 1955 સુધી હીરો કુદરતમાંથી મળતો પણ હવે શુદ્ધ ગ્રૅફાઇટ પર ભારે દબાણ લગાડવાથી સંશ્લેષિત હીરા બનાવી શકાય છે. ફોનોગ્રાફની પિનો અને સાધનો(tools)માં વપરાતા હીરા આ રીતે બનાવવામાં આવે છે. હીરો એક મોટો અણુ છે, જેમાં કાર્બન પરમાણુ, બીજા ચાર કાર્બન પરમાણુઓ સાથે સમચતુષ્ફલકીય રીતે સહસંયોજકતાથી જોડાયેલો રહે છે. આ કારણસર તે સખત હોય છે.
ગ્રૅફાઇટ : એક કાર્બન પરમાણુ બીજા ત્રણ કાર્બન પરમાણુ સાથે 1200ના ખૂણે સહસંયોજકતા બંધ બનાવે છે. તે પણ કાર્બનનું શુદ્ધ સ્વરૂપ છે.
અસ્ફટિકમય કાર્બન : હીરા અને ગ્રૅફાઇટથી અસ્ફટિકમય કાર્બનના ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક ગુણધર્મ તેની બનાવવાની રીત પર આધાર રાખે છે. તે રંગે કાળો હોય છે. કોલ, લિગ્નાઇટ, લૅમ્પ બ્લૅક, મેશ, સક્રિય કાર્બન વગેરે તેનાં ભિન્ન ભિન્ન રૂપો છે અને સૌથી વધુ સક્રિય કાર્બનનું સ્વરૂપ છે. તે હવામાં સહેલાઈથી બળે છે અને બળતણ તરીકે વપરાય છે. (વધુ માટે જુઓ ઔદ્યોગિક કાર્બન).
કાર્બનનાં સંયોજનો : કાર્બન બે પ્રકારનાં સંયોજનો બનાવે છે : અકાર્બનિક અને કાર્બનિક સંયોજનો.
અકાર્બનિક સંયોજનો : તેમાં કાર્બન-કાર્બન બંધ હોતો નથી અને તે અન્ય તત્વો સાથે દ્વિ-અંગી (binary) સંયોજન બનાવે છે. ધાતુ સાથે ધાતુ કાર્બાઇડ બનાવે છે. દા.ત., સોડિયમ, મૅગ્નેશિયમ કે ઍલ્યુમિનિયમ કાર્બાઇડ વગેરે. નિયોબિયમ અને ટિટેનિયમ પણ કાર્બાઇડ બનાવે છે. હાફનિયમ કાર્બાઇડ સૌથી ઊંચું ગલનબિંદુ (38900 સે.) ધરાવે છે. અધાતુ બોરોન અને સિલિકોનના કાર્બાઇડ નિષ્ક્રિય અને સખત હોય છે અને અપઘર્ષક (abrasive) તરીકે વપરાય છે. કાર્બન અધાતુઓ સાથે વાયુરૂપ અથવા પ્રવાહી સંયોજનો આપે છે. દા.ત., કાર્બન મૉનૉક્સાઇડ, કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ, કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ, કાર્બન ડાયસલ્ફાઇડ વગેરે. કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ પાણી સાથે તેમજ આયનો આપે છે. ઘણી ધાતુ સાથેનાં તેનાં કાર્બોનેટ લવણો જાણીતાં છે. લાઇમ સ્ટોન, ચૉક વગેરે કાર્બનયુક્ત લવણો છે. ફ્લોરિન સાથે કાર્બન ફ્લોરોકાર્બન આપે છે. દા.ત., ફ્રિયોન-12 CF2Cl2. તે રેફ્રિજરન્ટ તરીકે વપરાય છે. ઑક્સિજન અને ક્લોરિનયુક્ત સંયોજન ફૉસ્જીન COCl2 અત્યંત ક્રિયાશીલ અને ઝેરી છે. તે રાસાયણિક સંશ્લેષણમાં અગત્યનું સ્થાન ધરાવે છે. નાઇટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોમાં HCN (ઝેરી વાયુ,) C2N2 સાયનોજન જાણીતાં છે. સાયનાઇડ (CN–), સાયનેમાઇડ (NCN–2), સાયનેટ (OCN–), ફલ્મિનેટ (ONC–), થાયોસાયનેટ (SCN–) સાથેનાં ધાતુનાં લવણો ઉદ્યોગમાં અગત્ય ધરાવે છે.
કાર્બનિક સંયોજનો : કાર્બન પરમાણુ ઘણાં કાર્બનિક સંયોજનો બનાવે છે. તે હાઇડ્રોજન, ઑક્સિજન, નાઇટ્રોજન, હેલોજન, સલ્ફર, ફૉસ્ફરસ વગેરે સાથે કાર્બનિક સંયોજનો બનાવે છે. હાઇડ્રોજન સાથેનાં સંયોજનો હાઇડ્રોકાર્બન કહેવાય છે. ઑક્સિજન સાથે આલ્કોહૉલ, ફીનૉલ, આલ્ડિહાઇડ, કીટોન, ઈથર, કાર્બૉક્સિલિક ઍસિડ વગેરે આપે છે. નાઇટ્રોજન સાથે ઍમાઇન, સાયનાઇડ તથા નાઇટ્રોસમૂહયુક્ત સંયોજનો આપે છે. હેલોજન સાથે હેલાઇડ સંયોજનો આપે છે. સલ્ફર સાથે કાર્બ-સલ્ફર અને ફૉસ્ફરસ સાથે કાર્બ-ફૉસ્ફરસ સંયોજનો આપે છે. કેટલાંક કાર્બનિક સંયોજનો જીવન માટે અગત્યનાં છે. દા.ત., કાર્બોહાઇડ્રેટ, પ્રોટીન, તૈલી પદાર્થો, ન્યૂક્લિઇક ઍસિડ, હૉર્મોન્સ, વિટામિન વગેરે. આ ઉપરાંત, આલ્કેલોઇડ, પ્રતિજીવીઓ (antibiotics), સ્ટાર્ચ, સેલ્યુલોઝ, રંગો ઔષધો, ટર્પિન અને સ્ટીરોઇડ, ફેરૉમોન, સુગંધી પદાર્થો, પ્રક્ષાલકો વગેરે કાર્બનિક સંયોજનો છે. કાર્બન અને તેનાં સંયોજનોએ વિકસિત દેશના અર્થકારણમાં બહુ જ મહત્વનો ફાળો આપ્યો છે. સંશ્લેષિત રેસા, પ્લાસ્ટિક વગેરે પેટ્રોલિયમમાંથી બનાવેલાં કાર્બનિક સંયોજનો છે, જેમણે અન્ય ઉદ્યોગમાં પણ મહત્વનો ફાળો આપ્યો છે. આ ઉપરાંત સંશ્લેષિત ઔષધોથી તબીબી વ્યવસાયમાં આમૂલ પરિવર્તન આવ્યું છે. તેને લીધે ઔષધીય દુરુપયોગ (drug abuse) વધ્યો હોવા છતાં એકંદરે દર્દીઓને રાહત પહોંચાડવામાં અને જીવન વિશેની જાણકારી વધારવામાં સરળતા થઈ છે. 1900 પછી કાર્બનયુક્ત બળતણોએ દુનિયાને જોઈતી ઊર્જા પૂરી પાડી છે. આ ઉપરાંત ઊર્જાનો સ્રોત દિવસે દિવસે ઘટતો જાય છે અને તેની જગ્યાએ કોલનો ઉપયોગ કરી તેમાંથી સંશ્લેષિત ઇંધનો બનાવવાની પદ્ધતિઓ શોધાઈ રહી છે. આ સાથે વાતાવરણમાં CO2નું પ્રમાણ વધતું જાય છે, જે વાતાવરણના પરિસર માટે નુકસાનકારક સાબિત થયું છે.
પ્રવીણસાગર સત્યપંથી