άνθρακας

I

(anthrax). Δίπτερο έντομο της οικογένειας των βομβυλιιδών. Πρόκειται για μεγάλη μύγα, που φτάνει σε μήκος τα 25 εκ. Έχει μαύρο σώμα με λέπια και τρίχες, πλατύ κεφάλι και προβοσκίδα που συνήθως είναι πολύ μακριά και λεπτή. Το θηλυκό γεννά τα αβγά του κοντά σε φωλιά μελισσών, ώστε μόλις γίνει η εκκόλαψη οι προνύμφες να τρέφονται με τη συγκεντρωμένη στη φωλιά γύρη. Το έντομο αυτό είναι γνωστό και με το όνομα αγριομέλισσα ή μπάμπουρας.

II

(Χημ.). Χημικό στοιχείο με σύμβολο C, που ανήκει στην τέταρτη ομάδα του περιοδικού συστήματος, με ατομικό αριθμό 6. Έχει δύο σταθερά ισότοπα και τέσσερα ραδιενεργά ισότοπα.

Γνωστός από την προϊστορική εποχή, o ά. είναι πολύ διαδεδομένος στη φύση, είτε σε ελεύθερη κατάσταση είτε σε ενώσεις, και με τις διάφορες μορφές του αποτελεί μεγάλο μέρος του γήινου φλοιού. Σε διάφορες ποσότητες περιέχεται σε όλα τα γνωστά ορυκτά. Στην ελεύθερη κατάσταση βρίσκεται σε κρυσταλλικές μορφές πολύ καθαρές, όπως o αδάμας (διαμάντι) και o γραφίτης, ή σε άμορφη κατάσταση, όπως o ορυκτός ά. (βλ. λ. άνθρακες, ορυκτοί). Με τη μορφή ενώσεων, o ά. περιέχεται στα δολομιτικά πετρώματα, ασβεστόλιθους που σχηματίζουν σε μερικές περιπτώσεις ολόκληρες οροσειρές, στα μάρμαρα, στους μαλαχίτες, στα καρβίδια και σε πολλές άλλες ενώσεις. Υπολογίζεται ότι το ποσοστό του ά. που περιέχεται στα επιφανειακά στρώματα του γήινου φλοιού είναι περίπου 0,2%. Ο ά., άλλωστε, είναι το βασικό συστατικό των οργανικών ενώσεων που συγκροτούν τους ζώντες οργανισμούς του ζωικού και φυτικού βασιλείου. Η περιεκτικότητα του ανθρώπινου οργανισμού σε ά. είναι περίπου 18%. Ο ά. βρίσκεται στην ατμόσφαιρα ως διοξείδιο του ά. (ανθρακικός ανυδρίτης), σε ποσοστό περίπου 0,04%. Η ένωση αυτή του ά. εκπνέεται από τους ζώντες οργανισμούς με τη λειτουργία της αναπνοής και προσλαμβάνεται κατά ένα μέρος από τα φυτά, που τη χρησιμοποιούν στη διαδικασία της χλωροφυλλικής φωτοσύνθεσης για να παραχθεί το άμυλο, και από μερικά ορυκτά του γήινου φλοιού, ιδίως τα πυριτικά και ανθρακικά, τα οποία αντιδρούν με αυτήν και συνεχώς διαχωρίζονται και μετασχηματίζονται.

Ο ά. στη στοιχειακή του κατάσταση είναι πολύ διαδεδομένος στη φύση. Το διαμάντι είναι ά. που κρυσταλλώνεται στο μονομετρικό σύστημα και είναι το πιο σκληρό φυσικό σώμα που γνωρίζουμε (τιμή 10 στην κλίμακα Mohs), είναι άλιωτος από όλα τα οξέα και τις βάσεις, ανθεκτικότατος στους ατμοσφαιρικούς παράγοντες και, όταν εκτεθεί για πολύ καιρό στο ηλιακό φως, αποκτά την ιδιότητα να φωσφορίζει· κάτω από ειδικές συνθήκες μπορεί να μετατραπεί σε γραφίτη. Κατά κανόνα, o αδάμας εμφανίζεται άχρωμος, μερικές φορές ιόχρωμος, ροδόχρωμος, ερυθρός ή υποκίτρινος· τα ιόχροα και ερυθρά δείγματα είναι σπανιότατα και έχουν ιδιαίτερη αξία. Ο αδάμας, εξαιτίας της υψηλής ικανότητάς του να διαχέει το φως (ικανότητα να αναλύει το λευκό φως στα συστατικά του χρώματα), χρησιμοποιείται ως λίθος κοσμημάτων πολύ μεγάλης αξίας. Χρησιμοποιείται επίσης στη βιομηχανία κατασκευής διατρητικών κεφαλών, για την κοπή ή χάραξη του γυαλιού, για εργασίες ακριβείας στον εβονίτη και άλλες ρητίνες και σε μέταλλα. Τα πρώτα αξιόλογα σε μέγεθος τεχνητά διαμάντια είχαν κατασκευαστεί στα ερευνητικά εργαστήρια της General Electric το 1955. Το 1957 συστήθηκε μία ένωση, το αζωτούχο βόριο κυβικής δομής, που η σκληρότητά της είναι ίση με αυτήν του αδάμαντα, τον οποίο μπορεί να χαράξει.

Ο γραφίτης, που λέγεται και μολύβδαινα, κρυσταλλώνεται σε εξαγωνικά ελάσματα και είναι γνωστός από την αρχαιότητα για τη χρωστική του ικανότητα. To χρώμα του κυμαίνεται από το μαύρο του σιδήρου έως το γκρίζο του χάλυβα, είναι μαλακός και λιπαρός στην αφή, τόσο ώστε αν συρθεί πάνω στο χαρτί αφήνει βαθύχρωμο ίχνος. Είναι εξαιρετικά λιπαντικό μέσο και καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού, απρόσβλητος από τα οξέα και τις βάσεις. Στο παρελθόν, τον χρησιμοποιούσαν κυρίως για την κατασκευή μολυβιών· σήμερα χρησιμοποιείται για την κατασκευή ειδικών λιπαντικών, στην ηλεκτροβιομηχανία (στήλες, ηλεκτρόδια, ψύκτρες των δυναμό, κάρβουνα για λυχνίες με τόξο κλπ.), στη χημική βιομηχανία για μεγάλου βαθμού εμπλουτισμούς (π.χ. μαύρο τεφλόν) και στα χωνευτήρια που χρησιμοποιούνται για λιώσιμο μετάλλων και μεταλλικών κραμάτων. Ο γραφίτης ήταν ο πρώτος ρυθμιστής της πυρηνικής διάσπασης του ουρανίου για την παραγωγή νεπτουνίου και πλουτωνίου. Σημαντικά κοιτάσματά του βρίσκονται στη Σιβηρία, στη Σρι Λάνκα, στη Βοημία, στην Ιαπωνία, στην κεντρική Αφρική και στη Βαυαρία.

Πολυάριθμοι είναι οι ά. που παρασκευάζονται τεχνητά και σε ποικίλες μορφές: το κοκ, ο ά. των αποστακτήρων ή οπτάνθρακας, η αιθάλη, ο ξυλάνθρακας και ο ενεργός ά. To κοκ είναι το ανθρακούχο υπόλειμμα που παίρνουμε κατά την απόσταξη με απουσία αέρα (πυρόλυση) των ορυκτών α., και κυρίως των λιθανθράκων. Χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία και ως οικιακό καύσιμο. Μία άλλη ποιότητα κοκ είναι αυτή που παίρνουμε ως υπόλειμμα από την απόσταξη των πετρελαίων και η οποία γι’ αυτό ονομάζεται κοκ πετρελαίου και χρησιμοποιείται κυρίως ως καύσιμο. Ο ά. Αποστακτήρων ή οπτάνθρακας είναι σκόνη ά. που εναποτίθετεται σε συμπαγείς, σκληρές και ηχητικές μάζες, στα ψηλότερα τοιχώματα των αποστακτήρων, και μπορεί να θεωρηθεί τεχνητός γραφίτης. Χρησιμοποιείται σε ποικίλες ηλεκτρικές συσκευές για την υψηλή του αγωγιμότητα. Η αιθάλη λαμβάνεται κατά την ατελή καύση διαφόρων ουσιών που περιέχουν ά., όπως τα λίπη, oι ρητίνες και οι υδρογονάνθρακες· εμφανίζεται ως ελαφριά μαύρη σκόνη, που δεν πιάνεται, και χρησιμοποιείται για τις χρωστικές της ιδιότητες, για μελάνες, βερνίκια κλπ. και σε μεγάλες ποσότητες στη βιομηχανία ελαστικού, ιδιαίτερα συνθετικού, στο οποίο προσδίδει υψηλή αντοχή. Ο ξυλάνθρακας προέρχεται από την ατελή καύση του ξύλου σε σωρούς σκεπασμένους με χώμα που λέγονται καμίνια. Χρησιμοποιείται ως οικιακό καύσιμο, αποσμητικό και απολυμαντικό και, σε μερικές χώρες πλούσιες σε δάση (π.χ. Ρωσία, Ελβετία, Σουηδία), ως παράγοντας αναγωγής στη μεταλλουργική βιομηχανία. Η ποιότητα αυτών των α. που κατασκευάζονται τεχνητά ποικίλλει ανάλογα με το ξύλο που χρησιμοποιείται κατά την παραγωγή τους. Ο ζωικός ά. παρουσιάζεται με τη θέρμανση, απόντος του αέρα, των οστών που έχουν απολιπανθεί. Έχει υψηλή απορροφητική ικανότητα και χρησιμοποιείται για τον αποχρωματισμό πολλών ουσιών διατροφής και για την ανάκτηση των αερίων και βιομηχανικών διαλυτών. Ο ενεργός ά. λαμβάνεται κατά την απανθράκωση, σε ειδικές αποστακτικές καμίνους, τμημάτων φυτικών οργανισμών, όπως κελύφη καρυδιών, αμυγδάλων και άλλων οργανικών ουσιών, τα οποία υποβάλλονται σε επεξεργασία πρώτα με αλκαλικά αντιδραστήρια, ώστε να γίνει δυνατή η αποσύνθεσή τους, οπότε τα παραγόμενα αέρια αφήνουν καθώς εξέρχονται μία ανθρακούχα μάζα με πολλούς πόρους, έτσι που εμφανίζεται πορώδης και γεμάτη ρωγμές. Έχει έντονες απορροφητικές ιδιότητες, χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό των δεψικών ενώσεων, στις προφυλακτικές προσωπίδες κατά των χημικών αερίων, για την ανάκτηση των πτητικών διαλυτών και για την παρασκευή ορυκτελαίων. Με τη χρήση χάνει τις ιδιότητές του, αλλά με κατάλληλη επεξεργασία τις επανακτά, τουλάχιστον κατά ένα μέρος, και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί πάλι.

Φυσικές και χημικές ιδιότητες. Ο ά. είναι στερεός, άοσμος, άγευστος και αδιάλυτος σε όλα τα υγρά, ενώ διαλύεται μόνο σε μερικά μέταλλα, όπως π.χ. στον σίδηρο σε λιωμένη κατάσταση και σε υψηλότατες θερμοκρασίες.

Από χημική άποψη, ο ά. μπορεί να θεωρηθεί στοιχείο μεταβατικής κατάστασης, με την έννοια ότι μπορεί να δίνει ή να παίρνει τέσσερα ηλεκτρόνια, ενώνεται δηλαδή με στοιχεία του τύπου του οξυγόνου και του χλωρίου και με το υδρογόνο. Συμπεριφέρεται κυρίως ως τετρασθενής· τα τέσσερα σθένη είναι διατεταγμένα κατά τις κορυφές ενός κανονικού τετραέδρου και έτσι οι ενώσεις του ά. έχουν διάταξη τρισδιάστατη.

Τα τέσσερα σθένη του ά. μπορεί να έχουν κορεστεί από όμοια μεταξύ τους άτομα, όπως το μεθάνιο (CH4), από άτομα μερικώς όμοια, όπως το χλωροφόρμιο (CHC₁₃) ή από τέσσερα άτομα ή ατομικές ομάδες, όλες διάφορες μεταξύ τους όπως π.χ. στη γλυκεριναλδεΰδη. Η τελευταία αυτή περίπτωση, κατά την οποία εμφανίζεται μια ασυμμετρία στην κατατομή των ατόμων ή ατομικών ομάδων γύρω από το άτομο του ά., παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον όταν δημιουργείται δυνατότητα ισομέρειας, η οποία λέγεται οπτική ισομέρεια, επειδή τα διαλύματα των ισομερών έχουν την ιδιότητα να στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός. Ένα άλλο πολύ χαρακτηριστικό ενδιαφέρον των ατόμων του ά. είναι η μοναδική δυνατότητα (αν εξαιρεθούν το πυρίτιο και το βόριο που την εμφανίζουν σε ελάχιστο ποσοστό) να ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν αλυσίδες διάφορου μήκους, ευθείες ή διακλαδισμένες, ή κλειστούς δακτυλίους.

Ο τεράστιος αριθμός των ενώσεων ά. που προκύπτει από αυτούς τους συνδυασμούς είναι το αντικείμενο της οργανικής χημείας. Η μελέτη αυτών των ενώσεων εμφανίζεται δυσκολότερη, τόσο εξαιτίας του μεγάλου αριθμού των δυνατών ισομερών (ενώσεων δηλαδή οι οποίες, αν και έχουν την ίδια χημική σύνθεση, εμφανίζουν δομές τελείως διαφορετικές) όσο και επειδή αρχικά πιστευόταν ότι προέκυπταν από περισσότερα των τεσσάρων σθένη του ά. Μόνο ο Κεκιλέ το 1859 διασαφήνισε τη δομή αυτών των ενώσεων: έθεσε ως προϋπόθεση το γεγονός ότι o ά. συμπεριφέρεται ως τετρασθενής (εξάλλου οι χημικές ιδιότητές του δεν προέβλεπαν το αντίθετο) τόσο στις απλές ενώσεις όσο και στις πιο πολύπλοκες και έτσι η δομή τους μπορούσε να εξηγηθεί με αμοιβαία συνεισφορά του αντίστροφου δεσμού ανά δύο, τρία ή περισσότερα άτομα ά. Παρότι ο αριθμός των οργανικών ενώσεων είναι πραγματικά τεράστιος, είναι πάντως δυνατόν να καταταγούν σε λίγες ομάδες, των οποίων τα μέλη εμφανίζουν κοινές ιδιότητες. Σε καθεμία από αυτές τις ομάδες οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των απλών ενώσεων διαφέρουν κατά κλιμακωτό τρόπο και με τύπο που προβλέπει την αύξηση των ατόμων του ά. τα οποία αποτελούν τις αλυσίδες.

Ο χημικός δεσμός που δομείται μεταξύ των ατόμων του ά. μπορεί να είναι απλός ή κορεσμένος ή διπλός και τριπλός, δηλαδή με κάποιο ποσοστό ακορεστότητας· διαφαίνονται έτσι άλλοι δυνατοί συνδυασμοί που αυξάνουν ακόμα περισσότερο τον αριθμό των ήδη γνωστών οργανικών ενώσεων. Ανάλογα με την παρουσία στο μόριο απλών, διπλών ή τριπλών δεσμών, οι ιδιότητες που αντιστοιχούν είναι ριζικά διάφορες. Οι μακρές ανθρακικές αλυσίδες συνιστούν πολυάριθμες ενώσεις βασικής σημασίας για τους ζώντες οργανισμούς.

Ενώσεις του ά.Ο ά. σχηματίζει με το οξυγόνο δύο ενώσεις: το μονοξείδιο του ά. και τον ανθρακικό ανυδρίτηδιοξείδιο του ά. Το μονοξείδιο του ά. (CO) δεν βρίσκεται συχνά ελεύθερο στη φύση, αλλά σχηματίζεται εύκολα στους κλειστούς χώρους, όπου η θέρμανση γίνεται με θερμάστρες που καίνε με μικρή παροχή αέρα (ατελής καύση) οργανικά υλικά. Είναι αέριο άχρωμο και άοσμο, λίγο διαλυτό στο νερό. Πρόκειται για δισθενή ένωση του ά. που έχει ακόρεστο χαρακτήρα και είναι γι’ αυτό πολύ δραστικό· με το χλώριο, παρουσία φωτός, δίνει το φωσγένιο, αέριο ερεθιστικό και τοξικό, το οποίο χρησιμοποιείται σε οργανικές συνθέσεις για τη δραστικότητά του. Το μονοξείδιο του ά. αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο και μετατρέπεται σε διοξείδιο του ά. Με το υδρογόνο δίνει διάφορες ενώσεις ανάλογα με τους χρησιμοποιούμενους καταλύτες. Τέλος, ενώνεται με μερικά μέταλλα(νικέλιο, σίδηρο, κοβάλτιο κλπ.) για να δώσει τα λεγόμενα (μέταλλο-)καρβονύλια, ενώσεις που παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για την ηλεκτρονική τους δομή και συχνά χρησιμοποιούνται στη φυσική ως καταλύτες. Το μονοξείδιο του ά. είναι τυπικό δηλητήριο του αίματος, επειδή το κάνει ανίκανο να παίξει τον ρόλο του ως φορέα του οξυγόνου από τους πνεύμονες προς τους ιστούς. Πράγματι, το μονοξείδιο του ά. έχει για την αιμοσφαιρίνη μία συγγένεια 250 φορές μεγαλύτερη από εκείνη που έχει η αιμοσφαιρίνη για το οξυγόνο, αφού ένα μέρος του μονοξειδίου του ά. σε 250 μέρη οξυγόνου είναι αρκετό για να δεσμεύσει αμέσως το 50% της αιμοσφαιρίνης με τη μορφή καρβοξυαιμοσφαιρίνης (μεθαιμοσφαιρίνη). Προφανώς, εξαιτίας της συγγένειάς του, το μονοξείδιο του ά. αντικαθιστά το ήδη ενωμένο οξυγόνο με την αιμοσφαιρίνη (οξυαιμοσφαιρίνη), σύμφωνα με την αρχή του νόμου της δράσης της μάζας. Για τη συγκεκριμένη του ιδιότητα, το μονοξείδιο του ά. χρησιμοποιήθηκε από τους Γερμανούς στον A’ Παγκόσμιο πόλεμο ως ασφυξιογόνο αέριο και θεωρήθηκε δηλητηριώδες χημικό πολεμικό όπλο. Παρά την ισχυρή του τοξικότητα, το μονοξείδιο του ά. δεν απέδωσε ιδιαίτερα ως πολεμικό αέριο, εξαιτίας της υψηλής του πτητικότητας, και πρακτικά είναι ευτυχώς αδύνατον να πραγματοποιηθούν συγκεντρώσεις κατάλληλες για την πολεμική του δράση.

Το διοξείδιο του ά., ή ανθρακικός ανυδρίτης (CO₂), βρίσκεται στη φύση ελεύθερο και σε ενώσεις του στα ανθρακικά παράγωγα. Σχηματίζεται κατά τη διαδικασία της αναπνοής των ζώντων οργανισμών, κατά τη ζύμωση των σακχάρων και την αποσύνθεση των ανθρακικών αλάτων με οξέα. Βρίσκεται επίσης στις αναθυμιάσεις ηφαιστείων και στα φυσικά αέρια· μπορεί να βρεθεί ακόμα και σε σημαντικές ποσότητες, όπως στην Γκρότα ντελ Κάνε στην Ιταλία (Ποτζουόλι) και στην Κοιλάδα του Θανάτου στη νήσο Ιάβα.

Είναι αέριο βαρύτερο από τον αέρα, έχει οσμή και γεύση ερεθιστική, είναι διαλυτό στο νερό και ευκολότερα διαλυτό στο οινόπνευμα. Μπορούμε να το έχουμε σε υγρή ή αέρια κατάσταση. Είναι αρκετά σταθερό, διασπάται μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες και παρεμποδίζει την καύση. Το υδατικό διάλυμα του διοξειδίου του ά. λέγεται ανθρακικό οξύ (H₂CO₃)· τα άλατά του είναι τα ανθρακικά και τα δισανθρακικά. Χρησιμοποιείται στην παρασκευή της σόδας, στα εργοστάσια ζάχαρης, στην παρασκευή αεριούχων ποτών και τεχνητών μεταλλικών υδάτων· χρησιμοποιείται ακόμα και για την κατάσβεση των πυρκαγιών και σε στερεά κατάσταση ως ψυκτικό υλικό (ξηρός πάγος).

Οι ενώσεις του ά. με το υδρογόνο λέγονται υδρογονάνθρακες: είναι πολύ διαδεδομένες στη φύση και βρίσκονται κυρίως μέσα στο πετρέλαιο και στην πίσσα του ορυκτού ά.· έχουν χημική σύνταξη πολύ διαφορετική μεταξύ τους και διαιρούνται σε αλειφατικούς (με ανοιχτή αλυσίδα), αλεικυκλικούς (με κλειστή αλυσίδα)καιαρωματικούς(με ειδική δομή δακτυλίου), όπως επίσης σε κορεσμένους και ακόρεστους. Έχουν μεγάλη σημασία για τη χημική βιομηχανία.

Η ένωση του ά. με μέταλλα δίνει τα καρβίδια. Αυτές οι ουσίες εμφανίζονται σε μάζες μάλλον κρυσταλλικές, πολύ συμπαγείς και άλιωτες. Μπορούν να ταξινομηθούν με διάφορους τρόπους. Μερικά προσβάλλονται από το νερό και από το είδος του υδρογονάνθρακα που παράγεται μπορεί να αποκαλυφθεί η δομή τους· άλλα καρβίδια δεν αντιδρούν με το νερό. Από τα πρώτα, το ανθρακασβέστιο έχει μεγάλη σημασία (παρασκευάζεται από άσβεστο και ά.), επειδή με νερό δίνει το ακετυλένιο, αέριο με πολύ μεγάλη σημασία για τις πολλαπλές εφαρμογές του. Επιπλέον, από το ανθρακασβέστιο παρασκευάζεται η ασβεστοκυαναμίδη, που χρησιμοποιείται πολύ ως λίπασμα. Στα καρβίδια, που δεν προσβάλλονται από το νερό, ανήκουν το ανθρακοπυρίτιο (καρβορούνδιο) και το καρβίδιο του βορίου.

Από τις άλλες ενώσεις του ά. αναφέρουμε τον διθειούχο ά. (CS₂), υγρό με οσμή αιθέρα αν είναι απαλλαγμένο από ακάθαρτες ουσίες, αδιάλυτο στο νερό, δηλητηριώδες και εύφλεκτο, που χρησιμοποιείται ως διαλύτης για λίπη, έλαια και καουτσούκ και είναι παρασιτοκτόνο, και τον τετραχλωριούχο ά. (CCl₄), υγρό σταθερό, αδιάλυτο στο νερό, άριστος διαλύτης για λίπη, ελαστικά κλπ., άφλεκτο (γι’ αυτό αντικαθιστά συχνά τον διθειούχο ά.). Ο διθειούχος ά. χρησιμοποιείται κυρίως για την παρασκευή τεχνητής μετάξης (rayon), δηλαδή των τεχνητών κυτταρινικών ινών τύπου βισκόζης, οι οποίες παράγονται διαμέσου του σχηματισμού της ξανθογονικής κυτταρίνης.

Κύκλος του ά. στη φύση. Ανήκει στους αέριους βιογεωχημικούς κύκλους, καθώς η δεξαμενή αποθήκευσής του είναι η ατμόσφαιρα, ενώ η δεξαμενή στην οποία ανταλλάσσεται, μεταξύ των βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων των οικοσυστημάτων, είναι το έδαφος.

Η αποθήκευση του ά. στην ατμόσφαιρα γίνεται στη μορφή του αερίου του, διοξειδίου του ά. (CO₂). Παρά το γεγονός όμως ότι η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας στο αέριο αυτό είναι μόλις 0,03% κατ’ όγκο, ο ά. που αποτελεί το σπουδαιότερο στοιχείο για τη χημεία της ζωής ανακυκλώνεται στη βιόσφαιρα σε ρυθμό ικανό για την κάλυψη των αναγκών των οργανισμών. Η πορεία που ακολουθεί ο ά. στο εσωτερικό των οικοσυστημάτων συμπίπτει με τη ροή της ενέργειας σε αυτά, καθώς στις ενώσεις του ά., και ιδιαίτερα τους υδατάνθρακες και τα λίπη, είναι ενσωματωμένη η ενέργεια που χρησιμοποιούν οι οργανισμοί για την παραγωγή των διαφόρων μορφών έργου (μηχανικό, χημικό, οσμωτικό) από τις οποίες εξαρτάται η επιβίωσή τους.

Εισαγωγή του ά. στη δεξαμενή ανταλλαγής από τη δεξαμενή αποθήκευσης. Το διοξείδιο του ά. εισέρχεται από τη δεξαμενή αποθήκευσης στη δεξαμενή ανταλλαγής κυρίως μέσω των αυτότροφων οργανισμών (πολυκύτταροι και μονοκύτταροι φυτικοί οργανισμοί) που το απορροφούν για να παραγάγουν γλυκόζη (C₆H₁₂O₆) και άλλους υδατάνθρακες με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Με τον τρόπο αυτό οι αυτότροφοι οργανισμοί, που ονομάζονται και παραγωγοί, ενσωματώνουν τον ά. που υπάρχει στο διοξείδιο του ά. της ατμόσφαιρας στους υδατάνθρακες που έχουν παραγάγει.

Κυκλοφορία του ά. στις τροφικές αλυσίδες. Ένα μέρος των υδατανθράκων που παράγονται με τη φωτοσύνθεση καταναλώνεται από τους ίδιους τους παραγωγούς στην κυτταρική αναπνοή, τη διαδικασία δηλαδή με την οποία όλοι οι οργανισμοί διασπούν τους υδατάνθρακες, ώστε να εξασφαλίζουν την απαραίτητη ενέργεια με την οποία θα καλύψουν τις ενεργειακές ανάγκες τους.Οι υδατάνθρακες που δεν καταναλώνονται στην κυτταρική αναπνοή ενσωματώνονται στους ιστούς των παραγωγών, είτε ως έχουν είτε αφού μετατραπούν σε άλλες οργανικές ενώσεις, όπως τα λίπη και οι πρωτεΐνες. Ένα μεγάλο ποσοστό από αυτές περνά με τη μορφή της τροφής (καρποί, φύλλα, κλαδιά) στους φυτοφάγους ετερότροφους οργανισμούς, οι οποίοι χαρακτηρίζονται καταναλωτές πρώτης τάξης, καθώς είναι αυτοί που παραλαμβάνουν πρώτοι στις τροφικές αλυσίδες των οικοσυστημάτων τις οργανικές ουσίες που έχουν συντεθεί από τους παραγωγούς.

Οι καταναλωτές πρώτης τάξης, διασπώντας τις οργανικές ουσίες των παραγωγών στην κυτταρική αναπνοή, εξασφαλίζουν την απαραίτητη ενέργεια και μικρότερα μόρια, με τα οποία θα συνθέσουν ενώσεις που ενσωματώνονται στους ιστούς τους. Οι καταναλωτές δεύτερης τάξης, δηλαδή οι σαρκοφάγοι ετερότροφοι οργανισμοί, τρεφόμενοι με τους ιστούς των καταναλωτών πρώτης τάξης, παραλαμβάνουν τις οργανικές ουσίες που περιέχουν και με όμοιο τρόπο κι αυτοί κατά ένα μέρος τις καταναλώνουν στην κυτταρική αναπνοή, ενώ κατά ένα άλλο τις ενσωματώνουν στους δικούς τους ιστούς.

Έτσι, μέσω των τροφικών αλυσίδων των οικοσυστημάτων γίνεται μία διαδοχική μεταβίβαση ενώσεων του ά. από το ένα επίπεδο κατανάλωσης στο άλλο.

Η νεκρή οργανική ύλη που καταλήγει στο έδαφος, είτε μετά τον θάνατο των οργανισμών είτε με την περιοδική απόρριψή τους κατά τη διάρκεια της ζωής τους (φύλλα, καρποί, περιττώματα κλπ.), περιέρχεται στη δικαιοδοσία των μικροοργανισμών του εδάφους, δηλαδή των μυκήτων και των βακτηρίων που την αποσυνθέτουν. Οι οργανισμοί, διασπώντας τις σύνθετες οργανικές ενώσεις σε απλούστερες ανόργανες (για τον λόγο αυτό χαρακτηρίζονται και αποικοδομητέςανοργανοποιητές), εξασφαλίζουν ενέργεια και χημικά συστατικά απαραίτητα στη σύνθεση των δικών τους ενώσεων.

Επιστροφή του ά. στη δεξαμενή αποθήκευσης από τη δεξαμενή ανταλλαγής. Μετά την περιγραφή της πορείας του ά. στις τροφικές αλυσίδες των οικοσυστημάτων, γίνεται αντιληπτό ότι στη βιόσφαιρα διεξάγονται συγχρόνως δύο αντίστροφες διεργασίες, η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή. Η φωτοσύνθεση παράγει υδατάνθρακες δεσμεύοντας ηλιακή ενέργεια ενώ η κυτταρική αναπνοή τούς διασπά, απελευθερώνοντας την ενέργεια που είχε αποταμιευτεί κατά τη σύνθεσή τους. Επειδή όμως κατά την αερόβια κυτταρική αναπνοή όλων των τροφικών επιπέδων (παραγωγών, καταναλωτών, αποικοδομητών) εκτός από την ενέργεια εκλύεται και διοξείδιο του ά., το αέριο επιστρέφει στη δεξαμενή αποθήκευσής του, την ατμόσφαιρα, ώστε να γίνεται εκ νέου διαθέσιμο στους παραγωγούς.

Στα υδατικά οικοσυστήματα, οι παραγωγοί (φυτοπλαγκτόν) προσλαμβάνουν το διαλυμένο στο νερό διοξείδιο του ά. για να φωτοσυνθέσουν. Και εδώ, όπως και στα χερσαία οικοσυστήματα, ο ά. μεταφέρεται με τη μορφή των οργανικών ενώσεων από το ένα επίπεδο κατανάλωσης στο επόμενο (ζωοπλαγκτόν, ψάρια), ενώ το διοξείδιο του ά. που εκλύεται με την κυτταρική αναπνοή διαλύεται ξανά στο νερό για να χρησιμοποιηθεί σε έναν επόμενο κύκλο από το φυτοπλαγκτόν. Επίσης, στα χερσαία, όπως και στα υδατικά οικοσυστήματα, είναι δυνατόν να παραμείνουν μεγάλες ποσότητες ά. εκτός κυκλοφορίας για μεγάλα χρονικά διαστήματα, για διαφορετικούς λόγους. Στα χερσαία οικοσυστήματα, ένα μέρος των οργανικών ενώσεων που είχαν παραχθεί κατά το παρελθόν μετατράπηκε σε ορυκτά καύσιμα, δηλαδή πετρέλαιο, γαιάνθρακα και φυσικό αέριο. Το τμήμα αυτό, που συνιστά μία μεγάλη δεξαμενή ά., επαναφέρεται στον κύκλο μόνο αν χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο στις ποικίλες δραστηριότητες του ανθρώπου.

Στα υδατικά οικοσυστήματα, το τμήμα του ά. που παραμένει έξω από τον βιογεωχημικό κύκλο βρίσκεται ενσωματωμένο στους εξωσκελετούς των υδρόβιων ζώων, οι οποίοι μετά τον θάνατο των ζώων παραμένουν θαμμένοι για πολλά χρόνια στους πυθμένες των ωκεανών και των θαλασσών. Τα ασβεστολιθικά πετρώματα που σχηματίζονται από τη συσσώρευση των εξωσκελετών, υφιστάμενα τη διαδικασία της αποσάθρωσης, απελευθερώνουν με αργούς ρυθμούς τον ά. στη μορφή του διοξειδίου του.

Επίδραση του ανθρώπου στον κύκλο του ά. Η εκτεταμένη χρήση ορυκτών καυσίμων για τις ανάγκες της βιομηχανικής δραστηριότητας και των μετακινήσεων, καθώς και η καταστροφή των δασών (λόγω της υλοτόμησης και της ανάγκης για εξεύρεση νέων χώρων κατοικίας και καλλιέργειας) συνιστούν δύο τρόπους ανθρώπινης παρέμβασης που λειτουργούν πολλαπλασιαστικά στον κύκλο του ά. Οι εντατικές καύσεις απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του ά., τις οποίες οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, που μειώνονται με την καταστροφή των δασών, αδυνατούν να απορροφήσουν. Έτσι, η συγκέντρωση του διοξειδίου του ά. στην ατμόσφαιρα μεγαλώνει, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός σοβαρού φαινομένου ρύπανσης του ατμοσφαιρικού αέρα, που είναι γνωστό ως φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Ραδιοχρονολόγηση. Η παρουσία στο διοξείδιο του ά. της ατμόσφαιρας ενός μικρού ποσοστού του ραδιενεργού ιοσοτόπου του ά. (σύμβολο C¹⁴), που παράγεται από την επίδραση των κοσμικών ακτινών στο άζωτο, είχε μία σημαντική εφαρμογή: το 1949, o Βίλαρντ Φρανκ Λίμπι επινόησε μια λεπτή μέθοδο για τη χρονολόγηση οργανικών ευρημάτων που ανάγονται σε όχι περισσότερο από σαράντα χιλιάδες χρόνια. Στη βάση της μεθόδου του Λίμπι βρίσκεται η παρατήρηση ότι o C¹⁴ απορροφάται από τα φυτά μαζί με τον κανονικό ά. με τη μορφή διοξειδίου του ά. και έτσι αποτελεί μέρος των περισσότερο ή λιγότερο πολύπλοκων ενώσεων που συνιστούν τους φυτικούς οργανισμούς και χρησιμεύουν ως τροφή στους ζωικούς οργανισμούς. Επειδή μέσα στην ατμόσφαιρα είναι σταθερή η αναλογία μεταξύ κανονικού ά. και C¹⁴, προκύπτει ότι και στους ζώντες οργανισμούς αυτή η αναλογία θα παραμείνει σταθερή. Με τον θάνατο όμως των οργανισμών, επειδή σταματά η απορρόφηση του διοξειδίου του ά. από την ατμόσφαιρα, η ποσότητα του C¹⁴, που είναι ασταθής, θα ελαττώνεται συνεχώς σε σχέση με την ποσότητα του κανονικού ά.

Ακριβέστερα, έπειτα από 5.560 χρόνια (περίοδος διχοτόμησης) η ποσότητα του C¹⁴ περιορίζεται στο μισό εκείνης που υπήρχε στον οργανισμό τη στιγμή του θανάτου, ύστερα από 11.120 χρόνια στο ένα τέταρτο κ.ο.κ. Επειδή λοιπόν το ποσοστό του C¹⁴ είναι μικρό σε σχέση με τον κανονικό ά., μετά από περίπου σαράντα χιλιάδες χρόνια οι ακτινοβολίες που εκπέμπονται από τα άτομά του είναι τόσο ασθενείς, ώστε δεν μπορούν να μετρηθούν με μεγάλη ακρίβεια.

Η τεχνική για τον καθορισμό της ηλικίας οποιουδήποτε αρχαιολογικού ευρήματος, όπως π.χ. τα υπολείμματα μιας καλύβας, συνίσταται στη λήψη δείγματος, στον προσδιορισμό με μία κοινή μέθοδο χημικής ανάλυσης της ολικής ποσότητας ά. και στη μέτρηση με έναν μετρητή Γκάιγκερ της περιεκτικότητας σε C¹⁴. Η αναλογία μεταξύ αυτών των δύο ποσοτήτων επιτρέπει την εξακρίβωση της ηλικίας του ευρήματος.

ενεργός ά. Ά. με έντονες απορροφητικές ικανότητες. Προέρχεται από την απανθράκωση ορισμένων φυτικών οργανισμών.

ζωικός ά. Ο ά. που προκύπτει με θέρμανση, με απουσία του αέρα, από οστά που έχουν απολυμανθεί.

ραδιενεργός ά. To ραδιενεργό ισότοπο 14 του ά. που χρησιμοποιείται για τη ραδιοχρονολόγηση οργανικών ιχνών.

Άνθρακας: ακατέργαστοι κρύσταλλοι διαμαντιών της νότιας Αφρικής (Συλλογή De Beers· φωτ. Igda).

Το ισότοπο 14 του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται μέσα στους ζώντες οργανισμούς από την αφομοίωση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα, επιτρέπει την επιστημονική διερεύνηση της ηλικίας των ευρημάτων οργανικών απολιθωμάτων. Επειδή ο λόγος του κανονικού άνθρακα προς τον άνθρακα 14 (C14) είναι σταθερός στους ζώντες οργανισμούς και επειδή είναι γνωστή η ταχύτητα φθοράς του ισοτόπου, διαπιστώνεται με τον μετρητή Γκάιγκερ η ποσότητα του άνθρακα 14 που υπάρχει στο απολίθωμα τη στιγμή της εξέτασής του και έτσι πραγματοποιείται η χρονολόγησή του. Στο σχέδιο φαίνονται οι διάφορες ηλικίες του ευρήματος (εδώ πρωτόγονη βάρκα) με βάση υποθετικά ποσοστά του άνθρακα 14.

Γραφίτης: μορφή κρυστάλλωσης του άνθρακα.

Τρισδιάστατη διάταξη των μονάδων σθένους του ατόμου του άνθρακα: τα τέσσερα σθένη (με κόκκινο) κατευθύνονται προς τις κορυφές ενός τετραέδρου, στο κέντρο του οποίου βρίσκεται το άτομο του άνθρακα.

* * *

ο (AM ἄνθραξ)

1. ξυλάνθρακας, κάρβουνο

2. πράγμα ευτελές και ανάξιο λόγου

«άνθρακες ο θησαυρός» (παροιμία για διάψευση ελπίδων)

3. κακόηθες έλκος ή μελάνωμα, ανθράκωμα, ανθράκι

4. πολύτιμος λίθος με σκούρο χρώμα, κυρίως ρουμπίνι, αιματίτης, αμέθυστος

νεοελλ.

1. το χημικό στοιχείο που είναι θεμελιακό συστατικό της ζωικής ύλης

2. όνομα διαφόρων μολυσματικών ασθενειών ζώων ή φυτών (ελιάς, αμπελιού, σιτηρών κ.λπ.)

(αρχ. -μσν.) συνηθισμένη μεταφορά για τον Χριστό και τη Θεία Κοινωνία

«τοῡ θείου ἄνθρακος μεταλάβωμεν»

αρχ.

το γυναικείο αιδοίο.

[ΕΤΥΜΟΛ. Αβέβ. ετυμολ. Η λ. συνδέεται πιθ. με το αρμεν. ant-'el «διάπυρο κάρβουνο» (< γεωργ. *nt στο v-a-nt' -ab «ανάβω, αναφλέγω»), που φαίνεται ότι είναι και η αρχική σημασία του ελλην. τύπου].

Παράγωγα και σύνθετα της λέξης άνθρακας (άνθραξ)

ΠΑΡ. ανθρακεύς, ανθρακιά, ανθρακίας, ανθρακίζω, ανθράκιον, ανθρακίτης, ανθρακώ (-ούμαι), ανθρακώδης, ανθράκωμα

αρχ.

ανθράκινος, ανθρακίτης, ανθράκων

μσν.

ανθρακιώ

νεοελλ.

ανθρακένιο, ανθράκια, ανθρακίαση, ανθρακικός, ανθράκωση.

ΣΥΝΘ. Α΄ ΣΥΝΘ. ανθρακοειδής

μσν.

ανθρακοβότανον, ανθρακοκαύστης

μσν.- νεοελλ.

ανθρακογραφία, ανθρακουργία

νεοελλ.

ανθρακαγωγός, ανθρακαέριο, ανθρακαποθήκη, ανθρακαργίλιο, ανθρακάσφαλτος, ανθρακέμπορος, ανθρακεργάτης, ανθρακίδες, ανθρακοαιμοσφαιρίνη, ανθρακοδριθής, ανθρακογόνος, ανθρακογράφημα, ανθρακοδόχος, ανθρακοθεραπεία, ανθρακοθήριο, ανθρακοκαλύβη, ανθρακοκάμινος, ανθρακόκονις, ανθρακοκορούνδιο, ανθρακοκροκάλες, ανθρακολατύπες, ανθρακολιθικός, ανθρακόλιθος, ανθρακολόγος, ανθρακόμαρτος, ανθρακοξενίτης, ανθρακοξυαιμοσφαιρίνη, ανθρακοπληθής, ανθρακόπλινθος, ανθρακοποιώ, ανθρακοπώλης, ανθρακόσακος, ανθρακούχος, ανθρακωρυχείο, ανθρακωρύχος, ανθρακοπυριτίαση, ανθρακοπυρίτιο, ανθρακόσαυρος, ανθρακοσιδηρίτης, ανθρακοσίδηρος, ανθρακοφόρος, ανθρακοφορτίον, ανθρακοχοάνη, ανθρακόχρους, ανθραξόλιθος.

Β΄ΣΥΝΘ. αιματάνθρακας, γαιάνθρακας, γλωσσάνθρακας, λιθάνθρακας, ξυλάνθρακας, οπτάνθρακας, οστεάνθρακας, πισσάνθρακας, σποάνθρακας, σπληνάνθρακας, σπογγάνθρακας, τυρφάνθρακας, υδατάνθρακας, υδρογονάνθρακας, ψευδάνθρακας.