Вуглець в природі, де він знаходиться і як, властивості, використовує

The вуглецю в природі його можна знайти в алмазах, нафті і графіті, серед багатьох інших сценаріїв. Цей хімічний елемент займає шосте місце в таблиці Менделєєва і розташовується в горизонтальному рядку або періоді 2 і стовпці 14. Вона неметалева і четирехвалентная; тобто, можна встановити 4 хімічні зв'язки розділених електронів або ковалентних зв'язків.

Вуглець є елементом з найбільшим достатком у земній корі. Ця велика кількість, її унікальне різноманіття в утворенні органічних сполук і її виняткові здібності до утворення макромолекул або полімерів при температурах, що зазвичай зустрічаються на Землі, роблять її загальним елементом всіх відомих форм життя..

Вуглець існує в природі як хімічний елемент без поєднання у вигляді графіту і алмазу. Однак здебільшого вона об'єднується з утворенням хімічних сполук вуглецю, таких як карбонат кальцію (CaCO).₃) та інших сполук у нафті та природному газі.

Він також утворює кілька мінералів, таких як антрацит, вугілля, лігніт і торф. Найбільша важливість вуглецю полягає в тому, що він утворює так званий "будівельний блок життя" і присутній у всіх живих організмах.

Індекс

• 1 Де знаходиться вуглець і в якій формі?
  • 1.1 Кришталеві форми
  • 1.2 Аморфні форми
  • 1.3 Нафта, природний газ і бітум
• 2 Фізико-хімічні властивості
  • 2.1 Хімічний символ
  • 2.2 Атомний номер
  • 2.3 Фізичний стан
  • 2.4 Колір
  • 2.5 Атомна маса
  • 2.6 Температура плавлення
  • 2.7 Точка кипіння
  • 2.8 Щільність
  • 2.9 Розчинність
  • 2.10 Електронна конфігурація
  • 2.11 Кількість електронів у зовнішньому або валентному шарі
  • 2.12 Ємність зв'язку
  • 2.13 Catenación
• 3 Біогеохімічний цикл
  • 3.1 Фотосинтез
  • 3.2 Дихання і розкладання
  • 3.3 Геологічні процеси
  • 3.4 Втручання людської діяльності
• 4 Використання
  • 4.1 Нафта і природний газ
  • 4.2 Графіт
  • 4.3 Діамант
  • 4.4 Антрацит
  • 4.5. Вугілля
  • 4.6 Лігніт
  • Торф
• 5 Посилання

Де знаходиться вуглець і в якій формі?

Крім хімічного компонента, загального для всіх форм життя, вуглець в природі присутній у трьох кристалічних формах: алмазі, графіті та фулеренах.

Є також кілька аморфних мінеральних форм вугілля (антрацит, лігніт, вугілля, торф), рідкі форми (сорти масел) і соди (природний газ).

Кришталеві фігури

У кристалічних формах атоми вуглецю приєднуються до впорядкованих візерунків з геометричним просторовим розташуванням.

Графіт

Це м'яке тверде речовина чорного кольору з блиском або металевим блиском і стійке до нагрівання (вогнетривке). Його кристалічна структура представляє атоми вуглецю, з'єднані в гексагональні кільця, які, у свою чергу, з'єднуються разом утворюючи листи.

Відкладення графіту є дефіцитними і знайдені в Китаї, Індії, Бразилії, Північній Кореї та Канаді.

Алмаз

Це дуже тверде тверде тіло, прозоре для проходження світла і набагато щільніше графіту: значення щільності алмазу еквівалентно майже вдвічі більшому, ніж у графіту.

Атоми вуглецю в алмазі включаються в тетраедричну геометрію. Аналогічно, алмаз формується з графіту, підданого умовам дуже високих температур і тисків (3000 ^°C і 100 000 атм..

Більшість алмазів розташовані на глибині 140-190 км. Через глибокі вулканічні виверження магма може переносити їх на відстані, близькі до поверхні.

Є родовища алмазів в Африці (Намібія, Гана, Демократична Республіка Конго, Сьєрра-Леоне та Південна Африка), Америка (Бразилія, Колумбія, Венесуела, Гайана, Перу), Океанія (Австралія) і Азія (Індія).

Fulerenos

Це молекулярні форми вуглецю, які утворюють кластери з 60 і 70 атомів вуглецю в майже сферичних молекулах, подібно до футбольних м'ячів.

Є також фулерени, менші за 20 атомів вуглецю. Деякі форми фулеренів включають вуглецеві нанотрубки і вуглецеві волокна.

Аморфні форми

У аморфних формах атоми вуглецю не об'єднуються, складаючи впорядковану і регулярну кристалічну структуру. Натомість вони містять навіть домішки з інших елементів.

Антрацит

Це найстаріший метаморфічний кам'яновугільний вугілля (яке відбувається за рахунок модифікації гірських порід внаслідок впливу температури, тиску або хімічної дії рідин), оскільки його формування відноситься до первинної або палеозойської ери, періоду карбону..

Антрацит є аморфною формою вуглецю, що має більш високий вміст цього елемента: від 86 до 95%. Це сіро-чорний і металевий блиск, він важкий і компактний.

Як правило, антрацит знаходиться в районах геологічної деформації і становить приблизно 1% світових запасів вугілля.

Географічно вона зустрічається в Канаді, США, Південній Африці, Франції, Великобританії, Німеччині, Росії, Китаї, Австралії та Колумбії.

Вугілля

Це мінеральне вугілля, осадові породи органічного походження, утворення яких датується епохами палеозою та мезозою. Він має вміст вуглецю від 75 до 85%.

Він чорний, характеризується непрозорістю і матовим і жирним виглядом, оскільки має високий вміст бітумних речовин. Утворюється при стисненні бурого вугілля в епоху палеозою, в карбоновому та пермському періодах.

Це найпоширеніша форма вугілля на планеті. У Сполучених Штатах, Великобританії, Німеччині, Росії та Китаї великі родовища вугілля.

Лігніт

Це викопне мінеральне вугілля, що утворюється в третинному віці від торфу шляхом стиснення (високих тисків). Вона має більш низький вміст вуглецю, ніж вугілля, від 70 до 80%.

Це невеликий компактний матеріал, розсипчатий (характерний, що відрізняє його від інших вуглецевих мінералів), коричневий або чорний. Його текстура схожа на текстуру деревини, а вміст вуглецю - від 60 до 75%.

Це легке запалювання палива, з низькою теплотворною здатністю і більш низьким вмістом води, ніж торф.

У Німеччині, Росії, Чехії, Італії (області Венето, Тоскані, Умбрії) та Сардинії є важливі шахти лігніту. У Іспанії родовища бурого вугілля знаходяться в Астурії, Андоррі, Сарагосі та Ла-Коруньї.

Торф

Це матеріал органічного походження, утворення якого походить з четвертинної ери, набагато більш новою, ніж попередні вугілля.

Воно буро-жовтого кольору і має форму губчастої маси низької щільності, в якій ви можете побачити рослинні залишки з того місця, де воно походить.

На відміну від наведеного вище вугілля, торф не походить від процесів карбонізації деревного матеріалу або деревини, а сформувався шляхом накопичення рослин - переважно трав і мохів - в болотистих районах через процес карбонізації, який ще не завершений..

Торф має високий вміст води; з цієї причини вона вимагає сушіння і ущільнення перед використанням.

Вона має низький вміст вуглецю (лише 55%); отже, вона має низьку енергетичну цінність. При спалюванні його залишок золи рясний і випромінює багато диму.

У Чилі, Аргентині (Tierra del Fuego), Іспанії (Espinosa de Cerrato, Palencia), Німеччині, Данії, Голландії, Росії, Франції знаходяться важливі родовища торфу..

Нафта, природний газ і бітум

Олія (з латинського petrae, що означає "камінь"; і олеум, що означає "нафта": "кам'яне масло") являє собою суміш багатьох органічних сполук - більшість вуглеводнів - утворюється в результаті анаеробного бактеріального розкладу (за відсутності кисню) органічної речовини.

Утворюється в надрах, на великих глибинах і в особливих умовах як фізичних (високих тисків і температур), так і хімічних (наявність специфічних каталітичних сполук) в процесі, який тривав мільйони років.

Під час цього процесу С і Н вивільнялися з органічних тканин і знову з'єднувалися з рекомбінацією, утворюючи величезну кількість вуглеводнів, які змішуються за своїми властивостями, утворюючи природний газ, нафту і бітум..

Нафтові родовища планети розташовані головним чином у Венесуелі, Саудівській Аравії, Іраку, Ірані, Кувейті, Об'єднаних Арабських Еміратах, Росії, Лівії, Нігерії та Канаді..

Є запаси природного газу в Росії, Ірані, Венесуелі, Катарі, США, Саудівській Аравії та Об'єднаних Арабських Еміратах, зокрема.

Фізико-хімічні властивості

Серед вуглецевих властивостей можна відзначити наступне:

Хімічний символ

C.

Атомний номер

6.

Фізичний стан

Тверде, при нормальних умовах тиску і температури (1 атмосфера і 25 ^°C).

Колір

Сірий (графіт) і прозорий (алмаз).

Атомна маса

12,011 г / моль.

Точка плавлення

500 ^°C.

Точка кипіння

827 ^°C.

Щільність

2,62 г / см³.

Розчинність

Нерозчинний у воді, розчинний у тетрахлориді вуглецю CCl₄.

Електронна конфігурація

1s² 2s² 2p².

Кількість електронів у зовнішньому шарі або валентності

4.

Ємність посилання

4.

Розташування

Він має здатність утворювати хімічні сполуки в довгих ланцюгах.

Біогеохімічний цикл

Цикл вуглецю - це круговий біогеохімічний процес, за допомогою якого вуглець може обмінюватися між біосферою, атмосферою, гідросферою і земною літосферою..

Знання цього циклічного вуглецевого процесу на Землі дає змогу продемонструвати людський вплив на цей цикл і його наслідки на глобальну зміну клімату.

Вуглець може циркулювати між океанами та іншими водоймами, а також між літосферою, грунтом і надрами, в атмосфері і в біосфері. В атмосфері і гідросфері вуглець існує в газоподібному вигляді, як СО₂ (діоксид вуглецю).

Фотосинтез

Вуглець в атмосфері захоплюється наземними та водними організмами екосистем (фотосинтетичні організми).

Фотосинтез дозволяє протікати хімічну реакцію між СО₂ і вода, опосередкована сонячною енергією і хлорофілом з рослин, для отримання вуглеводів або цукрів. Цей процес перетворює прості молекули з низьким вмістом енергії CO₂, H₂O і кисень O₂, в складних молекулярних формах високої енергії, які є цукрами.

Гетеротрофні організми - які не можуть проводити фотосинтез і які є споживачами в екосистемах - отримують вуглець і енергію при годуванні самих виробників і інших споживачів.

Дихання і розкладання

Дихання і розкладання є біологічними процесами, які вивільняють вуглець у навколишнє середовище у вигляді СО₂ або СН₄ (метан, що утворюється при анаеробному розкладанні, тобто за відсутності кисню).

Геологічні процеси

Через геологічні процеси і як наслідок часу, вуглець анаеробного розкладання може бути перетворений у викопне паливо, таке як нафта, природний газ і вугілля. Крім того, вуглець є також частиною інших мінералів і гірських порід.

Втручання людської діяльності

Коли людина використовує спалювання викопного палива для отримання енергії, вуглець повертається в атмосферу у вигляді величезної кількості СО₂ які не можуть бути засвоєні природним біогеохімічним циклом вуглецю.

Це надлишок CO₂ виробляється людською діяльністю негативно впливає на баланс вуглецевого циклу і є основною причиною глобального потепління.

Використання

Використання вуглецю та його сполук надзвичайно різноманітні. Найбільш видатні з наступними:

Нафта і природний газ

Основним економічним використанням вуглецю є його використання як вуглеводневої сировини, наприклад, метану і нафти..

Нафта переганяється на нафтопереробних заводах для отримання декількох похідних, таких як бензин, дизель, гас, асфальт, мастильні матеріали, розчинники та ін. серед інших.

Графіт

Графіт використовується в наступних діях:

- Застосовується при виготовленні олівців, змішаних з глинами.

- Вона є частиною виробництва вогнетривкої цегли та тиглів, термостійких.

- У різних механічних пристроях, таких як шайби, підшипники, поршні і прокладки.

- Це відмінне тверде мастило.

- Через свою електропровідність і свою хімічну інертність, вона використовується у виробництві електродів, електродвигунів.

- Використовується як модератор на атомних електростанціях.

Алмаз

Алмаз має особливо виняткові фізичні властивості, такі як більш високий ступінь твердості і теплопровідність, відомі досі.

Ці можливості дозволяють застосовувати промислові засоби, які використовуються для виготовлення різання та полірування інструментів для їх високої абразивності.

Його оптичні властивості - такі, як прозорість і здатність руйнувати білий світ і заломлювати світло - надають їй безліч застосувань в оптичних інструментах, таких як при виготовленні лінз і призм \ t.

Характерна яскравість, отримана з його оптичних властивостей, також дуже цінується в ювелірній промисловості.

Антрацит

Антрацит ускладнює запалювання, повільно горить і вимагає багато кисню. Його згоряння виробляє мало полум'я блідо-блакитного кольору і виділення багато тепла.

Кілька років тому антрацит використовувався в термоелектричних установках і для побутового опалення. Його використання має такі переваги, як виробництво дрібної золи або пилу, мало диму і повільний процес горіння.

Через високу економічну вартість та дефіцит антрациту замінено природним газом в термоелектричних станціях та електроенергією в будинках..

Вугілля

Вугілля використовується як сировина для отримання:

- Кокс, паливо з доменних печей на сталеливарних заводах.

- Креозот, отриманий шляхом змішування смолистих дистилятів з кам'яного вугілля і використовується в якості захисного герметика для деревини, що піддається впливу погоди.

- Крезол (хімічно метилфенол) витягують з вугілля і використовують як дезінфікуючий і антисептичний засіб,

- Інші похідні, такі як газ, дьоготь або смола, а також сполуки, що використовуються у виробництві парфумерії, інсектицидів, пластмас, фарб, шин та дорожніх покриттів.

Лігніт

Лігніт являє собою паливо середньої якості. Струмінь, різноманітність лігніту, характеризується дуже компактністю завдяки тривалому процесу карбонізації і високих тисків, і використовується в ювелірних виробах і орнаментах.

Торф

Торф використовується в наступних заходах;

- Для росту, підтримки та транспортування видів рослин.

- Як органічне добриво.

- Як ліжко тварин у стайні.

- Як паливо низької якості.

Список літератури

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. and Price, G. (2017). Хімія3: Введення неорганічної, органічної та фізичної хімії. Oxford University Press.
2. Демінг, А. (2010). Король елементів? Нанотехнології 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. and Zandbergen, H. (2004). Супермісність графіту. Фізичні букви огляду. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, Т., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. і Sumiya, H. (2003). Матеріали: Ультратвердий полікристалічний алмаз з графіту. Природа 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Вимірювання температури плавлення графіту і властивостей рідкого вуглецю (огляд за 1963-2003 рр.). Вуглець. 43 (6): 1115. Дої: 10.1016