Ogljik v naravi, kjer ga najdemo in kako, lastnosti, uporabe

The ogljika v naravi najdemo ga v diamantih, olju in grafitih, med mnogimi drugimi scenariji. Ta kemični element zavzema šesto mesto v periodnem sistemu in se nahaja v vodoravni vrstici ali obdobju 2 in stolpcu 14. Je nekovinski in tetravalentni; to pomeni, da lahko določite 4 kemične vezi deljenih elektronov ali kovalentnih vezi.

Ogljik je element z največjo številčnostjo v zemeljski skorji. Zaradi številčnosti, edinstvene raznolikosti pri oblikovanju organskih spojin in njene izjemne sposobnosti tvorjenja makromolekul ali polimerov pri temperaturah, ki se običajno pojavljajo na Zemlji, je ta skupni element vseh znanih oblik življenja..

Ogljik v naravi obstaja kot kemični element brez kombinacije grafitov in diamantov. Vendar pa se večinoma združuje v kemične spojine ogljika, kot je kalcijev karbonat (CaCO).₃) in druge spojine iz nafte in zemeljskega plina.

Oblikuje tudi nekaj mineralov, kot so antracit, premog, lignit in šota. Največji pomen ogljika je, da predstavlja tako imenovani "gradnik življenja" in je prisoten v vseh živih organizmih.

Indeks

• 1 Kje je ogljik in v kakšni obliki?
  • 1.1 Kristalne oblike
  • 1.2 Amorfne oblike
  • 1.3 Olje, zemeljski plin in bitumen
• 2 Fizikalne in kemijske lastnosti
  • 2.1 Kemijski simbol
  • 2.2 Atomska številka
  • 2.3 Fizično stanje
  • 2.4 Barva
  • 2.5 Atomska masa
  • 2.6 Tališče
  • 2.7 Vrelišče
  • 2.8 Gostota
  • 2.9 Topnost
  • 2.10 Elektronska konfiguracija
  • 2.11 Število elektronov v zunanjem ali valentnem sloju
  • 2.12 Zmogljivost povezave
  • 2.13 Catenación
• 3 Biogeokemični cikel
  • 3.1 Fotosinteza
  • 3.2 Dihanje in razgradnja
  • 3.3 Geološki procesi
  • 3.4 Vmešavanje človekovih dejavnosti
• 4 Uporabe
  • 4.1 Nafta in zemeljski plin
  • 4.2 Grafit
  • 4.3 Diamant
  • 4.4 Antracit
  • 4.5 Črni premog
  • 4.6 Lignit
  • 4.7 Šota
• 5 Reference

Kje je ogljik in v kakšni obliki?

Poleg tega, da je ogljik v naravi kemična sestavina, ki je skupna vsem oblikam življenja, je prisotna v treh kristalnih oblikah: diamant, grafit in fuleren.

Obstaja tudi več amorfnih mineralnih oblik premoga (antracit, lignit, premog, šota), tekoče oblike (sorte olj) in soda (zemeljski plin)..

Kristalne oblike

V kristalnih oblikah se atomi ogljika povezujejo z urejenimi vzorci z geometrijsko prostorsko razporeditvijo.

Grafit

Je mehka trdna barva črne barve z leskom ali kovinskim sijajem in je odporna na vročino (ognjevzdržno). Njegova kristalna struktura predstavlja ogljikove atome, združene v šestkotne obročke, ki se nato združijo skupaj in tvorijo liste.

Deponije grafita so redke in jih najdemo na Kitajskem, v Indiji, Braziliji, Severni Koreji in Kanadi.

Diamond

Je zelo trda trdna, prosojna za prehod svetlobe in veliko gostejša od grafita: vrednost gostote diamanta je enaka skoraj dvakratni vrednosti grafita.

Atomi ogljika v diamantu se združijo v tetraedrični geometriji. Prav tako je diamant oblikovan iz grafita, ki je podvržen pogojem zelo visokih temperatur in pritiskov (3000 mm) ^°C in 100 000 atm.

Večina diamantov se nahaja med 140 in 190 km globoko v plašču. Skozi globoke vulkanske izbruhe jih lahko magma prenese na razdalje blizu površine.

V Afriki (Namibija, Gana, Demokratična republika Kongo, Sierra Leone in Južna Afrika) obstajajo polja z diamanti, Amerika (Brazilija, Kolumbija, Venezuela, Gvajana, Peru), Oceanija (Avstralija) in Azija (Indija)..

Fulerenos

To so molekularne oblike ogljika, ki tvorijo grozde 60 in 70 atomov ogljika v skoraj sferičnih molekulah, podobno kot nogometne žoge..

Obstajajo tudi fulereni, manjši od 20 atomov ogljika. Nekatere oblike fulerenov vključujejo ogljikove nanocevke in ogljikova vlakna.

Amorfne oblike

V amorfnih oblikah se atomi ogljika ne združujejo in tvorijo urejeno in pravilno kristalno strukturo. Namesto tega vsebujejo celo nečistoče iz drugih elementov.

Antracit

Je najstarejši metamorfni mineralni premog (ki izhaja iz spreminjanja kamnin z vplivom temperature, pritiska ali kemičnega delovanja tekočin), saj se njegova nastanek nanaša na primarno ali paleozojsko obdobje, karbonsko obdobje.

Antracit je amorfna oblika ogljika, ki ima višjo vsebnost tega elementa: med 86 in 95%. Gre za sivo-črno in kovinsko sijaj in je težak in kompakten.

Na splošno se antracit nahaja na območjih geološke deformacije in predstavlja približno 1% svetovnih zalog premoga.

Geografsko ga najdemo v Kanadi, ZDA, Južni Afriki, Franciji, Veliki Britaniji, Nemčiji, Rusiji, Kitajski, Avstraliji in Kolumbiji.

Trdi premog

Gre za mineralni premog, sedimentne kamnine organskega izvora, katerih nastanek izhaja iz paleozojskih in mezozojskih obdobij. Vsebnost ogljika je med 75 in 85%..

Črna je in je neprozorna in ima mat in masten videz, saj ima visoko vsebnost bituminoznih snovi. Nastane s stiskanjem lignita v paleozojski dobi, v karbonskih in permskih obdobjih..

Je najbolj razširjena oblika premoga na planetu. V ZDA, Veliki Britaniji, Nemčiji, Rusiji in na Kitajskem obstajajo velike nahajališča premoga.

Lignit

Gre za fosilni mineralni premog, ki je nastal v terciarni dobi iz šote s stiskanjem (visoki tlaki). Vsebnost ogljika je nižja od premoga, med 70 in 80%..

Je majhen kompaktni material, drobljiv (značilnost, ki ga ločuje od drugih ogljikovih mineralov), rjava ali črna. Njegova tekstura je podobna strukturi lesa in njena vsebnost ogljika se giblje od 60 do 75%..

Je gorivo, ki je lahko vžig, z nizko kalorično vrednostjo in nižjo vsebnostjo vode kot šota.

V Nemčiji, Rusiji, na Češkem, v Italiji (regija Veneto, Toskana, Umbrija) in Sardiniji so pomembni rudniki lignita. V Španiji so depoziti lignita v Asturiji, Andori, Zaragozi in La Coruñi.

Šota

Gre za material organskega izvora, katerega tvorba izhaja iz kvartarnega obdobja, mnogo novejša od prejšnjih premogov.

Je rjavkasto-rumene barve in je videti kot nizka gostota gobaste mase, v kateri lahko vidite rastlinske ostanke iz kraja, kjer je izviral..

Za razliko od zgoraj navedenih premogov šota ne izvira iz procesov karbonizacije lesnega materiala ali lesa, temveč je nastala zaradi kopičenja rastlin - predvsem zelišč in mahov - v močvirnatih predelih skozi postopek karbonizacije, ki ni bil dokončan..

Šota ima visoko vsebnost vode; zato je pred uporabo potrebno sušenje in zbijanje.

Vsebuje nizko vsebnost ogljika (le 55%); zato ima nizko energetsko vrednost. Če je ostanek pepela podvržen zgorevanju, je veliko in oddaja veliko dima.

V Čilu, Argentini (Tierra del Fuego), Španiji (Espinosa de Cerrato, Palencia), v Nemčiji, na Danskem, Nizozemskem, v Rusiji in Franciji, so pomembne šote..

Nafta, zemeljski plin in bitumen

Olje (iz latinščine petrae, kar pomeni "kamen"; in oleum, kar pomeni "olje": "kameno olje") je mešanica številnih organskih spojin - večina ogljikovodikov - proizvedenih z razgradnjo anaerobnih bakterij (v odsotnosti kisika) organske snovi.

Nastal je v podtalju, na velikih globinah in pod posebnimi pogoji, tako fizičnimi (visoki pritiski in temperature) kot kemičnimi (prisotnost specifičnih katalizatorskih spojin) v procesu, ki je trajal milijone let.

Med tem postopkom so se C in H sprostili iz organskih tkiv in ponovno združili v rekombinaciji, da bi tvorili veliko število ogljikovodikov, ki se mešajo glede na njihove lastnosti, tako da tvorijo zemeljski plin, olje in bitumen.

Naftna polja planeta se nahajajo predvsem v Venezueli, Savdski Arabiji, Iraku, Iranu, Kuvajtu, Združenih arabskih emiratih, Rusiji, Libiji, Nigeriji in Kanadi..

Obstajajo zaloge zemeljskega plina v Rusiji, Iranu, Venezueli, Katarju, Združenih državah, Savdski Arabiji in Združenih arabskih emiratih..

Fizikalne in kemijske lastnosti

Med ogljikovimi lastnostmi lahko omenimo naslednje:

Kemijski simbol

C.

Atomska številka

6.

Fizično stanje

Trdna, v normalnih pogojih tlaka in temperature (1 atmosfera in 25 vol ^°C).

Barva

Siva (grafitna) in prozorna (diamantna).

Atomska masa

12,011 g / mol.

Tališče

500 ^°C.

Vrelišče

827 ^°C.

Gostota

2,62 g / cm³.

Topnost

Netopen v vodi, topen v ogljikovem tetrakloridu CCl₄.

Elektronska konfiguracija

1s² 2s² 2p².

Število elektronov v zunanji plasti ali valenci

4.

Zmogljivost povezave

4.

Namestitev

Ima sposobnost tvorbe kemičnih spojin v dolgih verigah.

Biogeokemični cikel

Cikel ogljika je krožni biogeokemijski proces, skozi katerega se lahko izmenjuje ogljik med biosfero, atmosfero, hidrosfero in zemeljsko litosfero.

Poznavanje tega cikličnega ogljikovega procesa na Zemlji omogoča prikazovanje človekovega delovanja v tem ciklu in njegovih posledic za globalne podnebne spremembe.

Ogljik lahko kroži med oceani in drugimi vodnimi telesi, pa tudi med litosfero, v zemlji in podtalju, v atmosferi in biosferi. V atmosferi in hidrosferi ogljik obstaja v plinasti obliki kot CO₂ (ogljikov dioksid).

Fotosinteza

Ogljik v ozračju ujamejo kopenski in vodni organizmi ekosistemov (fotosintetični organizmi)..

Fotosinteza omogoča kemično reakcijo med CO₂ in voda, ki jo posreduje sončna energija in klorofil iz rastlin, za proizvodnjo ogljikovih hidratov ali sladkorjev. Ta proces pretvori preproste molekule z nizko vsebnostjo CO₂, H₂O in kisik O₂, v kompleksnih molekularnih oblikah visoke energije, ki so sladkorji.

Heterotrofni organizmi - ki ne morejo izvajati fotosinteze in so potrošniki v ekosistemih - pridobivajo ogljik in energijo, ko se prehranjujejo s proizvajalci in drugimi potrošniki.

Dihanje in razgradnja

Dihanje in razgradnja sta biološka procesa, ki sproščata ogljik v okolje v obliki CO₂ ali CH₄ (metan, proizveden v anaerobni razgradnji, to je v odsotnosti kisika) \ t.

Geološki procesi

Skozi geološke procese in kot posledica poteka časa se lahko ogljik anaerobne razgradnje preoblikuje v fosilna goriva, kot so nafta, zemeljski plin in premog. Podobno je ogljik tudi del drugih mineralov in kamnin.

Vmešavanje človeške dejavnosti

Ko človek za sežig uporablja fosilna goriva, se ogljik vrne v ozračje v obliki velikih količin CO₂ ki jih ni mogoče izenačiti z naravnim biogeokemijskim ciklom ogljika.

Ta presežek CO₂ človekove dejavnosti negativno vplivajo na ravnovesje ogljikovega cikla in je glavni vzrok globalnega segrevanja.

Uporabe

Uporaba ogljika in njegovih spojin je zelo raznolika. Najbolj izstopajoče:

Nafta in zemeljski plin

Glavna gospodarska raba ogljika je v njeni uporabi predstavljena kot ogljikovodik iz fosilnih goriv, ​​kot sta plin metan in nafta..

Nafta se destilira v rafinerijah za pridobivanje več derivatov, kot so bencin, dizel, kerozin, asfalt, maziva, topila in druga, ki se uporabljajo v petrokemični industriji, ki proizvaja surovine za industrijo plastike, gnojil, farmacevtskih izdelkov in barv. med drugim.

Grafit

Grafit se uporablja pri naslednjih ukrepih:

- Uporablja se pri izdelavi svinčnikov, pomešanih z glinami.

- Je del proizvodnje ognjevzdržnih opek in loncev, odpornih na toploto.

- V različnih mehanskih napravah, kot so podložke, ležaji, bati in tesnila.

- Je odlično trdno mazivo.

- Zaradi svoje električne prevodnosti in kemične inertnosti se uporablja pri proizvodnji elektrod, elektromotorjev.

- Uporablja se kot moderator v jedrskih elektrarnah.

Diamond

Diamant ima izjemne fizikalne lastnosti, kot je do sedaj znana višja stopnja trdote in toplotna prevodnost.

Te lastnosti omogočajo industrijsko uporabo v orodjih za rezanje in poliranje instrumentov za njihovo visoko abrazivnost.

Njegove optične lastnosti - kot je preglednost in zmožnost razgradnje bele svetlobe in lomljenja svetlobe - dajejo veliko aplikacij v optičnih instrumentih, kot je pri izdelavi leč in prizm..

Značilna svetlost, ki izhaja iz njegovih optičnih lastnosti, je zelo cenjena tudi v industriji nakita.

Antracit

Antracit ima težave pri vžigu, je počasen in zahteva veliko kisika. Zaradi izgorevanja nastane malo plamena svetlo modre barve in emisije veliko toplote.

Pred nekaj leti se je v termoelektrarnah in ogrevanju v gospodinjstvih uporabljal antracit. Njegova uporaba ima prednosti, kot so proizvodnja pepela ali prahu, malo dima in počasen proces izgorevanja.

Antracit je zaradi visokih ekonomskih stroškov in pomanjkanja nadomestil zemeljski plin v termoelektrarnah in električna energija v domovih..

Trdi premog

Premog se uporablja kot surovina za pridobitev:

- Koks, gorivo iz plavžev v jeklarnah.

- Kreozot, pridobljen z mešanjem katranskih destilatov iz črnega premoga in uporabljen kot zaščitno sredstvo za les, izpostavljen vremenskim vplivom.

- Krezol (kemično metilfenol), pridobljen iz premoga in uporabljen kot dezinfekcijsko in antiseptično sredstvo,

- Drugi derivati, kot so plin, katran ali smola, in spojine, ki se uporabljajo pri proizvodnji parfumov, insekticidov, plastičnih mas, barv, pnevmatik in cestnih tlakov, med drugim \ t.

Lignit

Lignit je gorivo srednje kakovosti. Jet, vrsta lignita, je zelo kompakten zaradi dolgega procesa karbonizacije in visokih pritiskov, uporablja pa se v nakitu in okrasju..

Šota

Šota se uporablja v naslednjih dejavnostih;

- Za rast, podporo in prevoz rastlinskih vrst.

- Kot organsko gnojilo.

- Kot postelja živali v hlevih.

- Kot gorivo nizke kakovosti.

Reference

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. in Price, G. (2017). Kemija3: Uvajanje anorganske, organske in fizikalne kemije. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kralj elementov? Nanotehnologija 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. in Zandbergen, H. (2004). Superlubricity of Graphite. Fizična pisma za pregled. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. in Sumiya, H. (2003). Materiali: Ultrahardni polikristalni diamant iz grafita. Narava 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Meritve tališča grafita in lastnosti tekočega ogljika (pregled za 1963-2003). Ogljik. 43 (6): 1115. doi: 10.1016