Uhlík v přírodě, kde se nachází a jak, vlastnosti, použití

uhlíku to může být nalezené v diamantech, oleji a graffiti, mezi mnoho jiných scénářů. Tento chemický prvek zaujímá šesté místo v periodické tabulce a nachází se v horizontální řadě nebo v periodě 2 a ve sloupci 14. Je nekovový a čtyřmocný; to znamená, že můžete vytvořit 4 chemické vazby sdílených elektronů nebo kovalentních vazeb.

Uhlík je prvek s největší hojností v zemské kůře. Tato hojnost, její jedinečná rozmanitost ve formování organických sloučenin a její výjimečná schopnost tvořit makromolekuly nebo polymery při teplotách běžně se vyskytujících na Zemi ji činí běžným prvkem všech známých forem života..

Uhlík existuje v přírodě jako chemický prvek bez kombinace ve formě grafitu a diamantu. Nicméně, z větší části je kombinován za vzniku chemických sloučenin uhlíku, jako je uhličitan vápenatý (CaCO).₃) a dalších sloučenin z ropy a zemního plynu.

Vytváří také několik minerálů, jako je antracit, uhlí, lignit a rašelina. Největší význam uhlíku spočívá v tom, že představuje tzv. "Stavební blok života" a je přítomen ve všech živých organismech.

Index

• 1 Kde se nachází uhlík a v jaké formě?
  • 1.1 Krystalové tvary
  • 1.2 Amorfní formy
  • 1.3 Ropa, zemní plyn a asfalt
• 2 Fyzikální a chemické vlastnosti
  • 2.1 Chemický symbol
  • 2.2 Atomové číslo
  • 2.3 Fyzikální stav
  • 2.4 Barva
  • 2.5 Atomová hmotnost
  • 2.6 Teplota tání
  • 2.7 Bod varu
  • 2.8 Hustota
  • 2.9 Rozpustnost
  • 2.10 Elektronická konfigurace
  • 2.11 Počet elektronů ve vnější nebo valenční vrstvě
  • 2.12 Kapacita propojení
  • 2.13 Catenación
• 3 Biogeochemický cyklus
  • 3.1 Fotosyntéza
  • 3.2 Dýchání a rozklad
  • 3.3 Geologické procesy
  • 3.4 Interference lidské činnosti
• 4 Použití
  • 4.1 Ropa a zemní plyn
  • 4.2 Grafit
  • 4.3 Diamant
  • 4.4 Antracit
  • 4.5 Černé uhlí
  • 4.6 Lignit
  • 4.7 Rašelina
• 5 Odkazy

Kde se nachází uhlík a v jaké formě?

Kromě toho, že je chemická složka společná pro všechny formy života, uhlík v přírodě je přítomen ve třech krystalických formách: diamant, grafit a fulleren.

Existuje také několik amorfních minerálních forem uhlí (antracit, lignit, uhlí, rašelina), kapalné formy (odrůdy olejů) a soda (zemní plyn)..

Křišťálové tvary

V krystalických formách se atomy uhlíku spojují a vytvářejí uspořádané vzory s geometrickým prostorovým uspořádáním.

Grafit

Je to měkká pevná látka černé barvy s leskem nebo kovovým leskem a odolná vůči teplu (žáruvzdorná). Jeho krystalická struktura představuje atomy uhlíku spojené v šestiúhelníkových prstencích, které se zase spojují a tvoří listy.

Grafitová ložiska jsou vzácná a nacházejí se v Číně, Indii, Brazílii, Severní Koreji a Kanadě.

Diamond

Je to velmi tvrdá pevná látka, transparentní pro průchod světla a mnohem hustší než grafit: hodnota hustoty diamantu je ekvivalentní téměř dvojnásobku hodnoty grafitu.

Atomy uhlíku v diamantu spojují tetrahedrální geometrii. Stejně tak je diamant vytvořen z grafitu vystaveného podmínkám velmi vysokých teplot a tlaků (3000 ° C) ^°C a 100 000 atm).

Většina diamantů se nachází mezi 140 a 190 km hluboko v plášti. Prostřednictvím hlubokých sopečných erupcí je magma může transportovat na vzdálenosti v blízkosti povrchu.

V Africe se nacházejí diamantová pole (Namibie, Ghana, Demokratická republika Kongo, Sierra Leone a Jižní Afrika), Amerika (Brazílie, Kolumbie, Venezuela, Guyana, Peru), Oceánie (Austrálie) a Asie (Indie).

Fulerenos

Jsou to molekulární formy uhlíku, které tvoří shluky 60 a 70 atomů uhlíku v téměř sférických molekulách, podobně jako fotbalové míče.

Tam jsou také fullerenes menší než 20 atomů uhlíku. Některé formy fullerenů zahrnují uhlíkové nanotrubice a uhlíková vlákna.

Amorfní formy

V amorfních formách se atomy uhlíku nespojují, což představuje řádnou a pravidelnou krystalickou strukturu. Místo toho dokonce obsahují nečistoty z jiných prvků.

Antracit

Jedná se o nejstarší metamorfní minerální uhlí (které pochází z modifikace hornin vlivem teploty, tlaku nebo chemického působení tekutin), neboť jeho vznik pochází z primární nebo paleozoické doby, karbonského období..

Antracit je amorfní forma uhlíku, která má vyšší obsah tohoto prvku: mezi 86 a 95%. Je šedo-černý a kovový lesk a je těžký a kompaktní.

Obecně se antracit nachází v oblastech geologické deformace a představuje přibližně 1% světových zásob uhlí.

Geograficky se nachází v Kanadě, USA, Jižní Africe, Francii, Velké Británii, Německu, Rusku, Číně, Austrálii a Kolumbii.

Černé uhlí

Je to minerální uhlí, sedimentární hornina organického původu, jejíž vznik pochází z období paleozoika a druhohor. Má obsah uhlíku mezi 75 a 85%..

Je černá, vyznačuje se neprůhledností a matným a mastným vzhledem, protože má vysoký obsah asfaltových látek. Vzniká kompresí lignitu v období paleozoika, v období karbonu a permu.

Je to nejhojnější forma uhlí na planetě. Ve Spojených státech, Velké Británii, Německu, Rusku a Číně existují velké zásoby uhlí.

Lignit

Je to fosilní minerální uhlí vznikající v terciárním věku od rašeliny kompresí (vysoké tlaky). Má nižší obsah uhlíku než uhlí, mezi 70 a 80%.

Je to malý kompaktní materiál, drobivý (charakteristický, který ho odlišuje od ostatních uhlíkových minerálů), hnědý nebo černý. Jeho struktura je podobná struktuře dřeva a jeho obsah uhlíku se pohybuje od 60 do 75%..

Jedná se o snadno zapálitelné palivo s nízkou výhřevností a nižším obsahem vody než rašelina.

V Německu, Rusku, České republice, Itálii (regiony Veneto, Toskánsko, Umbrie) a Sardinie jsou významné lignitové doly. Ve Španělsku jsou ložiska hnědého uhlí v Asturii, Andorře, Zaragoze a La Coruña.

Rašelina

Je to materiál organického původu, jehož vznik pochází z kvartérní éry, mnohem novější než dřívější uhlí.

Je to hnědožlutá barva a jeví se jako nízkohustotní houbovitá hmota, ve které můžete vidět zbytky rostlin z místa, kde vznikla..

Na rozdíl od výše uvedených uhlí, rašelina nepochází z procesu karbonizace dřevního materiálu nebo dřeva, ale byla vytvořena hromaděním rostlin - převážně bylin a mechů - v močaristých oblastech prostřednictvím procesu karbonizace, který nebyl dokončen..

Rašelina má vysoký obsah vody; z tohoto důvodu vyžaduje sušení a zhutnění před použitím.

Má nízký obsah uhlíku (pouze 55%); proto má nízkou energetickou hodnotu. Zbytky popela jsou při spalování bohaté a vyzařují velké množství kouře.

Existují důležité ložiska rašeliny v Chile, Argentina (Tierra del Fuego), Španělsko (Espinosa de Cerrato, Palencia), Německo, Dánsko, Holandsko, Rusko, Francie.

Ropa, zemní plyn a asfalt

Olej (z latiny petrae, což znamená "kámen"; a oleum, což znamená "olej": "ropný olej") je směs mnoha organických sloučenin - většina uhlovodíků - produkovaných anaerobním rozkladem bakterií (v nepřítomnosti kyslíku) organických látek.

Vznikl v podloží, ve velkých hloubkách a za zvláštních podmínek jak fyzikálních (vysoké tlaky a teploty), tak chemických (přítomnost specifických katalytických sloučenin) v procesu, který trval miliony let..

Během tohoto procesu se C a H uvolnily z organických tkání a znovu se spojily, aby se vytvořilo obrovské množství uhlovodíků, které se smísí podle svých vlastností, čímž se vytvoří zemní plyn, olej a bitumen..

Ropná pole planety se nacházejí hlavně ve Venezuele, Saúdské Arábii, Iráku, Íránu, Kuvajtu, Spojených arabských emirátech, Rusku, Libyi, Nigérii a Kanadě..

Zásoby zemního plynu jsou mimo jiné v Rusku, Íránu, Venezuele, Kataru, Spojených státech, Saúdské Arábii a ve Spojených arabských emirátech..

Fyzikální a chemické vlastnosti

Mezi uhlíkovými vlastnostmi můžeme zmínit následující:

Chemický symbol

C.

Atomové číslo

6.

Fyzikální stav

Pevný, za normálních podmínek tlaku a teploty (1 atmosféra a 25 ° C) ^°C).

Barva

Šedá (grafitová) a transparentní (diamantová).

Atomová hmotnost

12,011 g / mol.

Teplota tání

500 ^°C.

Bod varu

827 ^°C.

Hustota

2,62 g / cm³.

Rozpustnost

Nerozpustný ve vodě, rozpustný v tetrachlormethanu uhličitém CCl₄.

Elektronická konfigurace

1s² 2s² 2p².

Počet elektronů ve vnější vrstvě nebo valenci

4.

Kapacita propojení

4.

Catenation

Má schopnost tvořit chemické sloučeniny v dlouhých řetězcích.

Biogeochemický cyklus

Cyklus uhlíku je kruhový biogeochemický proces, jehož prostřednictvím může být uhlík vyměňován mezi biosférou, atmosférou, hydrosférou a zemskou litosférou..

Znalosti o tomto cyklickém uhlíkovém procesu na Zemi umožňují demonstrovat lidský čin v tomto cyklu a jeho důsledky pro globální změnu klimatu.

Uhlík může cirkulovat mezi oceány a jinými vodními plochami, jakož i mezi litosférou, půdou a podložím, v atmosféře av biosféře. V atmosféře a hydrosféře je uhlík v plynné formě jako CO₂ (oxid uhličitý).

Fotosyntéza

Uhlík v atmosféře zachycují suchozemské a vodní organismy ekosystémů (fotosyntetické organismy)..

Fotosyntéza umožňuje vznik chemické reakce mezi CO₂ a voda, zprostředkovaná sluneční energií a chlorofylem z rostlin, za účelem výroby sacharidů nebo cukrů. Tento proces transformuje jednoduché molekuly s nízkým obsahem CO energie₂, H₂O a kyslík O₂, v komplexních molekulárních formách vysoké energie, což jsou cukry.

Heterotrofní organismy - které nemohou provádět fotosyntézu a které jsou spotřebiteli v ekosystémech - získávají uhlík a energii, když se živí producenty a jinými spotřebiteli..

Dýchání a rozklad

Dýchání a rozklad jsou biologické procesy, které uvolňují uhlík do životního prostředí ve formě CO₂ nebo CH₄ (metan vyrobený v anaerobním rozkladu, tj. v nepřítomnosti kyslíku).

Geologické procesy

Prostřednictvím geologických procesů a v důsledku plynutí času může být uhlík anaerobního rozkladu transformován na fosilní paliva, jako je ropa, zemní plyn a uhlí. Podobně je uhlík také součástí jiných minerálů a hornin.

Interference lidské činnosti

Když člověk využívá spalování fosilních paliv pro energii, uhlík se vrací do atmosféry ve formě obrovského množství CO₂ které nelze asimilovat přirozeným biogeochemickým cyklem uhlíku.

Tento přebytek CO₂ lidské činnosti negativně ovlivňuje rovnováhu uhlíkového cyklu a je hlavní příčinou globálního oteplování.

Použití

Použití uhlíku a jeho sloučenin jsou velmi rozmanité. Nejvýraznější:

Ropa a zemní plyn

Hlavní ekonomické využití uhlíku je reprezentováno v jeho použití jako uhlovodík fosilního paliva, takový jako metanový plyn a ropa..

Olej je destilován v rafinériích, aby získal více derivátů, jako je benzín, nafta, petrolej, asfalt, maziva, rozpouštědla a další, které se zase používají v petrochemickém průmyslu, který vyrábí suroviny pro průmysl plastů, hnojiv, léčiv a barev. , mimo jiné.

Grafit

Grafit se používá v následujících akcích:

- Používá se při výrobě tužek smíchaných s jíly.

- Je součástí výroby žárovzdorných cihel a kelímků, tepelně odolných.

- V různých mechanických zařízeních, jako jsou podložky, ložiska, písty a těsnění.

- Je to vynikající tuhé mazivo.

- Díky své elektrické vodivosti a chemické inertnosti se používá při výrobě elektrod, elektromotorických uhlí.

- Používá se jako moderátor v jaderných elektrárnách.

Diamond

Diamant má mimořádně výjimečné fyzikální vlastnosti, jako je dosud známá vyšší tvrdost a tepelná vodivost.

Tyto vlastnosti umožňují průmyslové aplikace v nástrojích používaných pro řezání a leštění nástrojů pro jejich vysokou abrazivitu.

Jeho optické vlastnosti - jako je transparentnost a schopnost rozložit bílé světlo a lom světla - dávají mnoho aplikací v optických přístrojích, například při výrobě čoček a hranolů..

Charakteristický jas odvozený z jeho optických vlastností je také velmi ceněn v klenotnictví.

Antracit

Antracit má potíže se zapálením, je pomalé hoření a vyžaduje hodně kyslíku. Jeho spalování produkuje malý plamen bledě modré barvy a emisi velkého množství tepla.

Před několika lety byl antracit používán v termoelektrických zařízeních a pro vytápění domácností. Jeho použití má výhody, jako je výroba malého popela nebo prachu, malý kouř a pomalý proces spalování.

Vzhledem ke svým vysokým ekonomickým nákladům a nedostatku je antracit nahrazen zemním plynem v termoelektrických elektrárnách a elektrickou energií v domácnostech..

Černé uhlí

Uhlí se používá jako surovina k získání:

- Koks, palivo z vysokých pecí v ocelárnách.

- Kreosot, získaný smícháním dehtových destilátů z černého uhlí a používaných jako ochranný tmel na dřevo vystavený povětrnostním vlivům.

- Krezol (chemicky methylfenol) extrahovaný z uhlí a používaný jako dezinfekční a antiseptický prostředek,

- Ostatní deriváty jako plyn, dehet nebo smola, a sloučeniny používané při výrobě parfémů, insekticidů, plastů, barev, pneumatik a silničních vozovek, mimo jiné.

Lignit

Lignit představuje palivo střední kvality. Proud, rozmanitost lignitu, je charakterizován tím, že je velmi kompaktní dlouhým procesem karbonizace a vysokými tlaky a je používán ve špercích a ozdobách.

Rašelina

Rašelina se používá v následujících činnostech;

- Pro růst, podporu a přepravu rostlinných druhů.

- Jako organické hnojivo.

- Jako postel zvířat ve stájích.

- Jako palivo nízké kvality.

Odkazy

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. a Price, G. (2017). Chemie3: Úvod do anorganické, organické a fyzikální chemie. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Král prvků? Nanotechnologie 21 (30): 300201. doi: 10,1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. a Zandbergen, H. (2004). Superlubricita grafitu. Fyzická recenze dopisů. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. a Sumiya, H. (2003). Materiály: Ultra tvrdý polykrystalický diamant z grafitu. Příroda 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Měření teploty tání grafitu a vlastností kapalného uhlíku (přehled pro rok 1963-2003). Uhlík. 43 (6): 1115. doi: 10.1016