How big is Atom de carbon?

Un atom de carbon are șase electroni în jurul unui nucleu cu șase protoni și, de obicei, șase neutroni. Atomul de carbon este măsurat în același fel ca atomul de hidrogen din explorator: drept dublul distanței la care se găsesc cel mai probabil electronii externi. Astfel, are aproximativ 0,13 nanometri în diametru, adică 130 de picometri. Un nanometru este o miliardime de metru, iar un picometru este o miime de nanometru.

Dimensiune

Un atom nu are o formă sau o dimensiune fixă, așa că există mai multe moduri de a-l defini, iar fiecare dă un alt număr. Valoarea de aici provine din calcule privind locul în care electronii se găsesc cel mai probabil. Doi dintre cei șase electroni ai carbonului rămân aproape de nucleu, iar ceilalți patru se află mai departe, așa cum arată imaginea din explorator. Cei patru electroni externi se găsesc cel mai probabil la aproximativ 65 de picometri de nucleu, ceea ce face ca atomul să aibă aproximativ 130 de picometri în diametru.

Pentru atomii din molecule, chimiștii folosesc adesea o altă măsură. Raza covalentă este jumătate din distanța dintre centrele a doi atomi legați. Doi atomi de carbon uniți printr-o legătură simplă se află, în medie, la 154 de picometri unul de altul, deci după această măsură un atom de carbon are aproximativ 150 de picometri în diametru.

Raza van der Waals măsoară, în schimb, la ce distanță se pot apropia doi atomi separați înainte să se respingă reciproc. După această măsură, un atom de carbon are aproximativ 340 de picometri în diametru.

Comparații de dimensiune

Un atom de carbon este de aproximativ 1,2 ori mai lat decât un atom de hidrogen, care are 106 picometri în diametru după aceeași măsură.
Dubla elice de ADN, lată de aproximativ 2 nanometri, are în lățime cât aproximativ 15 atomi de carbon.
Aproximativ 600.000–800.000 de atomi de carbon puși unul lângă altul ar acoperi grosimea unui fir de păr uman.
Dacă un atom de carbon ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de baschet, adică aproximativ 24 de centimetri în diametru, un fir de păr uman ar avea o lățime de aproximativ 150–185 de kilometri.

Cum se leagă atomii de carbon între ei

Atomii de carbon tind să formeze patru legături și se pot lega între ei în lanțuri de multe lungimi diferite. Această capacitate de a forma lanțuri de lungimi diferite este motivul pentru care carbonul este esențial pentru viață. O legătură dublă apropie doi atomi de carbon mai mult decât una simplă, până la 134 de picometri, iar o legătură triplă, până la 120 de picometri.

Carbonul pur există în mai multe forme, printre care diamantul, grafitul și grafena. Diamantul este suficient de dur cât să taie roca, în timp ce grafitul este moale. Grafena este o foaie de atomi de carbon cu grosimea unui singur atom, legați într-un model de hexagoane, ca plasa de sârmă dintr-un țarc pentru găini.

Atomi de carbon văzuți individual

Atomii individuali de carbon sunt mult prea mici pentru un microscop optic, dar au fost văzuți cu microscoape electronice. În 2008, cercetători de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley din Statele Unite au folosit microscopul TEAM 0.5 pentru a realiza imagini în care se vede fiecare atom de carbon dintr-o foaie de grafenă. Grafena este fragilă, așa că au folosit un fascicul de electroni mai blând, cu energie mai mică, care a distins totuși detalii aflate la 1 angstrom (100 de picometri) unul de altul.

Cântărirea atomilor

Carbonul stabilește și scara pentru cântărirea atomilor. Din 1960, carbonul-12, forma de carbon cu șase neutroni, este referința pentru masele atomice. Unitatea folosită, daltonul, este definită ca o douăsprezecime din masa unui atom de carbon-12. Aproximativ 99% din carbonul de pe Pământ este carbon-12.