Ugljik u prirodi gdje se nalazi i kako, svojstva, koristi

ugljik u prirodi može se naći u dijamantima, nafti i grafitima, među mnogim drugim scenarijima. Taj kemijski element zauzima šesto mjesto u periodnom sustavu i nalazi se u horizontalnom retku ili razdoblju 2 i stupcu 14. Nemetalni je i tetravalentan; to jest, možete uspostaviti 4 kemijske veze zajedničkih elektrona ili kovalentnih veza.

Ugljik je element s najvećim izobiljem u zemljinoj kori. To bogatstvo, njegova jedinstvena raznolikost u formiranju organskih spojeva i njegova izuzetna sposobnost stvaranja makromolekula ili polimera na temperaturama koje se obično nalaze na Zemlji, služi kao zajednički element svih poznatih oblika života..

Karbon postoji u prirodi kao kemijski element bez kombiniranja u obliku grafita i dijamanta. Međutim, uglavnom se kombinira u kemijske spojeve ugljika, kao što je kalcijev karbonat (CaCO).₃) i drugih spojeva u nafti i prirodnom plinu.

Također tvori nekoliko minerala kao što su antracit, ugljen, lignit i treset. Najveća važnost ugljika je u tome što ona tvori tzv. "Građevni blok života" i prisutna je u svim živim organizmima.

indeks

• 1 Gdje se nalazi ugljik iu kojem obliku?
  • 1.1 Kristalni oblici
  • 1.2 Amorfni oblici
  • 1.3 Nafta, prirodni plin i bitumen
• 2 Fizikalna i kemijska svojstva
  • 2.1 Kemijski simbol
  • 2.2 Atomski broj
  • 2.3 Fizičko stanje
  • 2.4 Boja
  • 2.5. Atomska masa
  • 2.6 Točka taljenja
  • 2.7 Vrelište
  • 2.8 Gustoća
  • 2.9 Topljivost
  • 2.10 Elektronička konfiguracija
  • 2.11 Broj elektrona u vanjskom ili valentnom sloju
  • 2.12 Kapacitet veze
  • 2.13 Catenación
• 3 Biogeokemijski ciklus
  • 3.1 Fotosinteza
  • 3.2 Disanje i razgradnja
  • 3.3 Geološki procesi
  • 3.4 Interferencija ljudske aktivnosti
• 4 Upotreba
  • 4.1. Nafta i prirodni plin
  • 4.2 Grafit
  • 4.3 Dijamant
  • 4.4 Antracit
  • 4.5 Tvrdi ugljen
  • 4.6 Lignit
  • 4.7 Treset
• 5 Reference

Gdje se nalazi ugljik iu kojem obliku?

Osim što je kemijska komponenta zajednička svim oblicima života, ugljik u prirodi je prisutan u tri kristalinična oblika: dijamant, grafit i fuleren.

Postoji i nekoliko amorfnih mineralnih oblika ugljena (antracit, lignit, ugljen, treset), tekući oblici (sorte ulja) i soda (prirodni plin)..

Kristalni oblici

U kristalnim oblicima ugljikovi atomi se povezuju formiranjem uređenih uzoraka s geometrijskim prostornim rasporedom.

grafit

To je mekana čvrsta tvar crne boje s sjajnim ili metalnim sjajem i otporna na toplinu (vatrostalnu). Njegova kristalna struktura predstavlja ugljikove atome spojene u heksagonalne prstenove koji se međusobno povezuju formirajući listove.

Naslage grafita su oskudne i nađene su u Kini, Indiji, Brazilu, Sjevernoj Koreji i Kanadi.

dijamant

To je vrlo tvrda kruta tvar, prozirna za prolaz svjetlosti i mnogo gušća od grafita: vrijednost gustoće dijamanta je ekvivalentna gotovo dvostrukoj vrijednosti grafita.

Atomi ugljika u dijamantu spajaju se u tetraedarnu geometriju. Isto tako, dijamant se formira od grafita podvrgnutog uvjetima vrlo visokih temperatura i tlaka (3000 ^°C i 100 000 atm.

Većina dijamanata nalazi se između 140 i 190 km duboko u plaštu. Kroz duboke vulkanske erupcije, magma ih može transportirati na udaljenosti blizu površine.

Postoje polja dijamanta u Africi (Namibija, Gana, Demokratska Republika Kongo, Sierra Leone i Južna Afrika), Americi (Brazil, Kolumbija, Venecuela, Gvajana, Peru), Oceaniji (Australija) i Aziji (Indija).

fulerena

To su molekularni oblici ugljika koji tvore grozdove od 60 i 70 atoma ugljika u gotovo sferičnim molekulama, slično nogometnim loptama.

Tu su i fulereni manji od 20 ugljikovih atoma. Neki oblici fulerena uključuju ugljikove nanocijevi i ugljikova vlakna.

Amorfni oblici

U amorfnim oblicima ugljikovi atomi se ne ujedinjuju, tvoreći urednu i pravilnu kristalnu strukturu. Umjesto toga, oni sadrže čak i nečistoće iz drugih elemenata.

antracit

To je najstariji metamorfni mineralni ugljen (koji dolazi od modifikacije stijena djelovanjem temperature, tlaka ili kemijskog djelovanja tekućina), budući da njegova formacija datira iz primarne ili paleozojske ere, karbonskog razdoblja.

Antracit je amorfni oblik ugljika koji ima veći sadržaj ovog elementa: između 86 i 95%. To je sivo-crna i metalik sjaj, teška je i kompaktna.

Općenito, antracit se nalazi u područjima geološke deformacije i čini oko 1% svjetskih rezervi ugljena.

Zemljopisno se nalazi u Kanadi, SAD-u, Južnoj Africi, Francuskoj, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Rusiji, Kini, Australiji i Kolumbiji.

Tvrdi ugljen

Riječ je o mineralnom ugljenu, sedimentnoj stijeni organskog porijekla, čije formiranje datira iz paleozojske i mezozojske ere. Sadrži ugljik između 75 i 85%.

Crna je karakteristična po tome što je neprozirna i ima mat i masni izgled, jer ima visok sadržaj bitumenskih tvari. Nastaje kompresijom lignita u paleozojskom razdoblju, u karbonskom i permskom razdoblju.

To je najobimniji oblik ugljena na planetu. U SAD-u, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Rusiji i Kini postoje velike ležišta ugljena.

mrki ugljen

Radi se o fosilnom mineralnom ugljenu nastalom u tercijarnoj dobi od treseta kompresijom (visoki tlakovi). Sadržaj ugljika je niži od ugljena, između 70 i 80%.

To je malo kompaktan materijal, mrvljiv (karakterističan po tome što ga razlikuje od ostalih ugljičnih minerala), smeđ ili crn. Njegova tekstura slična je drvetu, a sadržaj ugljika u rasponu od 60 do 75%.

To je lako zapaljivo gorivo, niske kalorijske vrijednosti i niži sadržaj vode od treseta.

Postoje važni rudnici lignita u Njemačkoj, Rusiji, Češkoj, Italiji (regije Veneto, Toskana, Umbrija) i Sardiniji. U Španjolskoj su nalazišta lignita u Asturiji, Andori, Zaragozi i La Coruña.

treset

Riječ je o materijalu organskog podrijetla čija formacija potječe iz kvartarnog razdoblja, mnogo novijeg od prethodnih ugljena.

Smeđe je žute boje i pojavljuje se kao gusto-masna masa niske gustoće, u kojoj možete vidjeti biljne ostatke s mjesta na kojem je nastala..

Za razliku od gore navedenih ugljena, treset ne potječe od procesa karbonizacije drvenastog materijala ili drva, već je nastao nakupljanjem biljaka - uglavnom bilja i mahovina - u močvarnim područjima kroz proces karbonizacije koji nije dovršen..

Treset ima visok sadržaj vode; zbog toga je potrebno sušenje i zbijanje prije uporabe.

Ima nizak sadržaj ugljika (samo 55%); stoga ima nisku energetsku vrijednost. Kada je izložen izgaranju, njegov ostatak pepela je u izobilju i ispušta mnogo dima.

Postoje značajne naslage treseta u Čileu, Argentini (Tierra del Fuego), Španjolskoj (Espinosa de Cerrato, Palencia), Njemačkoj, Danskoj, Nizozemskoj, Rusiji, Francuskoj.

Nafta, prirodni plin i bitumen

Ulje (od latinskog petrae, što znači "kamen"; i oleum, što znači "ulje": "kameno ulje") je mješavina mnogih organskih spojeva - većina ugljikovodika - proizvedenih anaerobnom bakterijskom razgradnjom (u odsutnosti kisika) organske tvari.

Nastao je u podzemlju, na velikim dubinama i pod posebnim uvjetima, i fizički (visoki tlakovi i temperature) i kemijski (prisutnost specifičnih katalizatorskih spojeva) u procesu koji je trajao milijune godina.

Tijekom ovog procesa C i H su oslobođeni iz organskih tkiva i ponovno se spajaju, stvarajući ogroman broj ugljikovodika koji se miješaju prema svojim svojstvima, tvoreći prirodni plin, ulje i bitumen.

Naftna polja planeta nalaze se uglavnom u Venezueli, Saudijskoj Arabiji, Iraku, Iranu, Kuvajtu, Ujedinjenim Arapskim Emiratima, Rusiji, Libiji, Nigeriji i Kanadi..

Postoje rezerve prirodnog plina u Rusiji, Iranu, Venezueli, Kataru, Sjedinjenim Državama, Saudijskoj Arabiji i Ujedinjenim Arapskim Emiratima,.

Fizikalna i kemijska svojstva

Od karbonskih svojstava možemo spomenuti sljedeće:

Kemijski simbol

C.

Atomski broj

6.

Fizičko stanje

Čvrsti, pod normalnim uvjetima tlaka i temperature (1 atmosfera i 25 ° C) ^°C).

boja

Siva (grafit) i prozirna (dijamant).

Atomska masa

12,011 g / mol.

Točka taljenja

500 ^°C.

Točka vrenja

827 ^°C.

gustoća

2,62 g / cm³.

topljivost

Netopljiv u vodi, topiv u ugljikovom tetrakloridu CCl₄.

Elektronička konfiguracija

1s² 2s² 2p².

Broj elektrona u vanjskom sloju ili valenciji

4.

Kapacitet veze

4.

catenation

Ima sposobnost stvaranja kemijskih spojeva u dugim lancima.

Biogeokemijski ciklus

Ciklus ugljika je kružni biogeokemijski proces kroz koji se ugljik može razmjenjivati ​​između biosfere, atmosfere, hidrosfere i zemaljske litosfere.

Poznavanje ovog cikličkog procesa ugljika na Zemlji omogućuje prikaz ljudskog djelovanja na ovaj ciklus i njegove posljedice na globalne klimatske promjene.

Ugljik može cirkulirati između oceana i drugih vodenih tijela, kao i između litosfere, tla i podzemlja, u atmosferi i biosferi. U atmosferi i hidrosferi ugljik postoji u plinovitom obliku kao CO₂ (ugljični dioksid).

fotosinteza

Ugljik u atmosferi zahvaćaju kopneni i vodeni organizmi ekosustava (fotosintetski organizmi).

Fotosinteza omogućuje kemijsku reakciju između CO₂ i voda, posredovana sunčevom energijom i klorofilom iz biljaka, za proizvodnju ugljikohidrata ili šećera. Ovaj proces pretvara jednostavne molekule s niskim sadržajem CO energije₂, H₂O i kisik O₂, u složenim molekularnim oblicima visoke energije, koji su šećeri.

Heterotrofni organizmi - koji ne mogu provesti fotosintezu i koji su potrošači u ekosustavima - dobivaju ugljik i energiju kada se hrane prehrambenim proizvodima i drugim potrošačima.

Disanje i raspadanje

Disanje i razgradnja su biološki procesi koji oslobađaju ugljik u okolinu u obliku CO₂ ili CH₄ (metan proizveden u anaerobnoj razgradnji, tj. u odsutnosti kisika).

Geološki procesi

Kroz geološke procese i kao posljedica protoka vremena, ugljik anaerobnog raspadanja može se pretvoriti u fosilna goriva kao što su nafta, prirodni plin i ugljen. Isto tako, ugljik je također dio drugih minerala i stijena.

Interferencija ljudske aktivnosti

Kada čovjek koristi spaljivanje fosilnih goriva za energiju, ugljik se vraća u atmosferu u obliku velikih količina CO₂ koje se ne mogu asimilirati prirodnim biogeokemijskim ciklusom ugljika.

Taj suvišak CO₂ koje proizvodi ljudska aktivnost negativno utječe na ravnotežu ciklusa ugljika i glavni je uzrok globalnog zatopljenja.

aplikacije

Upotreba ugljika i njegovih spojeva vrlo je raznolika. Najistaknutije sa sljedećim:

Nafta i prirodni plin

Glavna ekonomska upotreba ugljika zastupljena je u njezinoj uporabi kao ugljikovodik na fosilna goriva, kao što su metan i nafta..

Nafta se destilira u rafinerijama kako bi se dobilo više derivata kao što su benzin, dizel, kerozin, asfalt, maziva, otapala i drugo, koji se koriste u petrokemijskoj industriji koja proizvodi sirovine za industriju plastike, gnojiva, lijekova i boja. , između ostalih.

grafit

Grafit se koristi u sljedećim radnjama:

- Koristi se u proizvodnji olovaka, pomiješanih s glinama.

- To je dio proizvodnje vatrostalnih opeka i lonaca, otpornih na toplinu.

- U različitim mehaničkim uređajima kao što su podloške, ležajevi, klipovi i brtve.

- To je izvrsno kruto mazivo.

- Zbog svoje električne vodljivosti i kemijske inertnosti koristi se u proizvodnji elektroda, ugljena za elektromotore.

- Koristi se kao moderator u nuklearnim elektranama.

dijamant

Dijamant ima posebno iznimna fizikalna svojstva, kao što je do sada poznati viši stupanj tvrdoće i toplinske vodljivosti.

Ove značajke omogućuju industrijsku primjenu u alatima koji se koriste za izradu rezova i poliranje instrumenata zbog njihove visoke abrazivnosti.

Njegova optička svojstva - kao što su transparentnost i sposobnost razbijanja bijelog svjetla i prelamanja svjetlosti - daju mu mnoge primjene u optičkim instrumentima, kao što je u proizvodnji leća i prizmi..

Karakteristična svjetlina koja proizlazi iz njegovih optičkih svojstava također je vrlo cijenjena u industriji nakita.

antracit

Antracit ima poteškoća pri paljenju, sporo gori i zahtijeva puno kisika. Njegovo izgaranje proizvodi malo plamena blijedoplave boje i emisije puno topline.

Prije nekoliko godina antracit je korišten u termoelektranama i za grijanje kućanstava. Njegova uporaba ima prednosti kao što su proizvodnja malih pepela ili prašine, mali dim i spor proces izgaranja.

Zbog visokih ekonomskih troškova i oskudice, antracit je zamijenjen prirodnim plinom u termoelektranama i električnom energijom u domovima..

Tvrdi ugljen

Ugljen se koristi kao sirovina za dobivanje:

- Koks, gorivo iz visokih peći u čeličana.

- Kreozot, dobiven miješanjem destilata katrana iz ugljena i koristi se kao zaštitno sredstvo za drvo izloženo vremenskim uvjetima.

- Krezol (kemijski metilfenol) ekstrahiran iz ugljena i korišten kao dezinfekcijsko i antiseptičko sredstvo,

- Ostali derivati ​​kao što su plin, katran ili smola, te spojevi koji se upotrebljavaju u proizvodnji parfema, insekticida, plastike, boja, guma i cestovnih kolnika.

mrki ugljen

Lignit predstavlja gorivo srednje kvalitete. Mlaz, raznovrsnost lignita, odlikuje se vrlo kompaktnošću zbog dugog procesa karbonizacije i visokog tlaka, a koristi se u nakitu i ukrasima.

treset

Treset se koristi u sljedećim aktivnostima;

- Za rast, potporu i prijevoz biljnih vrsta.

- Kao organsko gnojivo.

- Kao krevet životinja u štalama.

- Kao gorivo niske kvalitete.

reference

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. i Price, G. (2017). Kemija3: Uvođenje anorganske, organske i fizikalne kemije. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kralj elemenata? Nanotehnologija. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. i Zandbergen, H. (2004). Superlubricity of Graphite. Physical Review Letters. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. i Sumiya, H. (2003). Materijali: Ultrahardni polikristalni dijamant iz grafita. Priroda. 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Mjerenje točke taljenja grafita i svojstava tekućeg ugljika (pregled za 1963-2003). Carbon. 43 (6): 1115. doi: 10.1016