Въглерод в природата, където се намира и как, свойства, използва

на въглерод в природата може да се намери в диаманти, петрол и графити, както и в много други сценарии. Този химичен елемент заема шестото място в периодичната таблица и се намира в хоризонталния ред или период 2 и колона 14. Той е неметален и четиривалентен; това означава, че можете да установите 4 химични връзки на споделени електрони или ковалентни връзки.

Въглеродът е елемент с най-голямо изобилие в земната кора. Това изобилие, неговото уникално разнообразие при образуването на органични съединения и изключителната му способност да образуват макромолекули или полимери при температури, обичайно открити на Земята, ги прави общ елемент от всички известни форми на живот..

Въглеродът съществува в природата като химичен елемент, без да се комбинира във формата на графит и диамант. Въпреки това, в по-голямата си част той се комбинира за образуване на химични съединения на въглерода, като калциев карбонат (CaCO).₃) и други съединения в петрола и природния газ.

Той също така образува няколко минерали като антрацит, въглища, лигнит и торф. Най-голямото значение на въглерода е, че той представлява така наречения "градивен елемент на живота" и присъства във всички живи организми.

индекс

• 1 Къде се намира въглеродът и в каква форма?
  • 1.1 Кристални форми
  • 1.2 Аморфни форми
  • 1.3 Нефт, природен газ и битум
• 2 Физични и химични свойства
  • 2.1 Химичен символ
  • 2.2 Атомни номера
  • 2.3 Физическо състояние
  • 2.4 Цвят
  • 2.5 Атомна маса
  • 2.6 Точка на топене
  • 2.7 Точка на кипене
  • 2.8 Плътност
  • 2.9 Разтворимост
  • 2.10 Електронна конфигурация
  • 2.11 Брой на електроните във външния или валентния слой
  • 2.12 Капацитет на връзката
  • 2.13 Catenación
• 3 Биогеохимичен цикъл
  • 3.1 Фотосинтеза
  • 3.2 Дишане и разлагане
  • 3.3 Геологични процеси
  • 3.4 Намеса в човешката дейност
• 4 Използване
  • 4.1. Нефт и природен газ
  • 4.2 Графит
  • 4.3 Диамант
  • 4.4 Антрацит
  • 4.5 Твърди въглища
  • 4.6 Лигнитни въглища
  • 4.7 Торф
• 5 Препратки

Къде се намира въглеродът и в каква форма?

Освен че е химичен компонент, общ за всички форми на живот, въглеродът в природата присъства в три кристални форми: диамант, графит и фулерен.

Има и няколко аморфни минерални форми на въглища (антрацит, лигнит, въглища, торф), течни форми (сортове масла) и сода (природен газ)..

Кристални форми

В кристалните форми въглеродните атоми се присъединяват към образуваните поръчкови модели с геометрично пространствено подреждане.

графит

Той е мек твърд цвят с черен блясък или метален блясък и устойчив на топлина (огнеупорен). Нейната кристална структура представя въглеродните атоми, свързани в шестоъгълни пръстени, които на свой ред се съединяват заедно, образувайки листове.

Графитните находища са оскъдни и са открити в Китай, Индия, Бразилия, Северна Корея и Канада.

диамант

Тя е много твърда твърда, прозрачна за преминаване на светлина и много по-плътна от графит: стойността на плътността на диаманта е еквивалентна на почти два пъти по-голяма от тази на графита.

Въглеродните атоми в диаманта се съединяват в тетраедрична геометрия. Аналогично, диамантът се формира от графит, подложен на условия на много високи температури и налягания (3000 ° С) ^°C и 100 000 atm.

Повечето диаманти са разположени между 140 и 190 км дълбоко в мантията. Чрез дълбоки вулканични изригвания магмата може да ги транспортира до разстояния близо до повърхността.

В Африка има полета с диаманти (Намибия, Гана, Демократична република Конго, Сиера Леоне и Южна Африка), Америка (Бразилия, Колумбия, Венецуела, Гвиана, Перу), Океания (Австралия) и Азия (Индия)..

фулерени

Това са молекулни форми на въглерода, които образуват клъстери от 60 и 70 въглеродни атома в почти сферични молекули, подобно на футболните топки..

Има също фулерени по-малки от 20 въглеродни атома. Някои форми на фулерените включват въглеродни нанотръби и въглеродни влакна.

Аморфни форми

В аморфните форми въглеродните атоми не се обединяват, съставлявайки подредена и правилна кристална структура. Вместо това, те дори съдържат примеси от други елементи.

антрацит

Той е най-старият метаморфен минерален въглен (който идва от модификацията на скалите чрез въздействие на температурата, налягането или химичното действие на флуидите), тъй като образуването му датира от първичната или палеозойската ера, карбоновия период.

Антрацитът е аморфната форма на въглерода, която има по-високо съдържание на този елемент: между 86 и 95%. Той е сиво-черен и метален гланц и е тежък и компактен.

Като цяло антрацитът се намира в райони с геоложка деформация и представлява приблизително 1% от световните запаси от въглища.

Географски се среща в Канада, САЩ, Южна Африка, Франция, Великобритания, Германия, Русия, Китай, Австралия и Колумбия.

Твърди въглища

Той е минерален въглен, седиментна скала от органичен произход, чието образуване датира от епохите на палеозоя и мезозоя. Той има съдържание на въглерод между 75 и 85%.

Той е черен, характеризира се с непрозрачност и матов и мазен вид, тъй като има високо съдържание на битумни вещества. Образува се чрез пресоване на лигнитни въглища в епохата на палеозоя, в карбоновите и пермските периоди.

Това е най-разпространената форма на въглища на планетата. Има големи въглищни находища в САЩ, Великобритания, Германия, Русия и Китай.

кафяви въглища

Това е изкопаеми минерални въглища, образувани в третичната възраст от торф чрез компресия (високи налягания). Той има по-ниско съдържание на въглерод от въглищата, между 70 и 80%.

Това е малък компактен материал, ронлив (характеристика, която го отличава от други въглеродни минерали), кафяв или черен. Текстурата му е подобна на тази на дърво и съдържанието на въглерод в него варира от 60 до 75%..

То е лесно запалимо гориво, с ниска калоричност и по-ниско съдържание на вода от торфа.

В Германия, Русия, Чехия, Италия (региони Венето, Тоскана, Умбрия) и Сардиния има важни лигнитни мини. В Испания находищата на лигнитни въглища са в Астурия, Андора, Сарагоса и Ла Коруня.

торф

Това е материал от органичен произход, чието образуване идва от кватернерната ера, много по-ново от предишните въглища.

Той има кафяво-жълт цвят и се появява като ниско плътна пореста маса, в която можете да видите растителни останки от мястото, откъдето произхожда.

За разлика от горепосочените въглища, торфът не идва от процесите на карбонизация на дървесен материал или дърво, а се формира от натрупването на растения - главно билки и мъхове - в блатисти райони чрез процес на карбонизация, който не е завършен..

Торфът има високо съдържание на вода; поради тази причина е необходимо сушене и уплътняване преди употреба.

Той има ниско съдържание на въглерод (само 55%); следователно тя има ниска енергийна стойност. Когато се подложи на горене, остатъците от пепелта са изобилни и изпускат много дим.

Важни са торфените находища в Чили, Аржентина (Tierra del Fuego), Испания (Espinosa de Cerrato, Palencia), Германия, Дания, Холандия, Русия, Франция.

Нефт, природен газ и битум

Масло (от латински petrae, което означава "камък"; и олеум, което означава "масло": "скално масло") е смес от много органични съединения - повечето въглеводороди - произведени от анаеробно бактериално разлагане (в отсъствието на кислород) на органична материя.

Образува се в подпочвата, на големи дълбочини и при специални условия както физически (високи налягания и температури), така и химически (наличие на специфични каталитични съединения) в процес, който отне милиони години.

По време на този процес С и Н се освобождават от органичните тъкани и се съединяват отново, като образуват огромен брой въглеводороди, които се смесват според техните свойства, образувайки природен газ, масло и битум..

Петролните находища на планетата са разположени предимно във Венецуела, Саудитска Арабия, Ирак, Иран, Кувейт, Обединените арабски емирства, Русия, Либия, Нигерия и Канада..

Има запаси от природен газ в Русия, Иран, Венецуела, Катар, САЩ, Саудитска Арабия и Обединените арабски емирства,.

Физични и химични свойства

Сред въглеродните свойства можем да споменем следното:

Химичен символ

C.

Атомно число

6.

Физическо състояние

Твърди, при нормални условия на налягане и температура (1 атмосфера и 25. \ T ^°C).

цвят

Сив (графит) и прозрачен (диамант).

Атомна маса

12,011 g / mol.

Точка на топене

500 ^°C.

Точка на кипене

827 ^°C.

плътност

2.62 g / cm³.

разтворимост

Неразтворим във вода, разтворим в тетрахлорметан CCl₄.

Електронна конфигурация

1s² 2s² 2P².

Брой на електроните във външния слой или валентността

4.

Капацитет на връзката

4.

catenation

Той има способността да образува химични съединения в дълги вериги.

Биогеохимичен цикъл

Въглеродният цикъл е кръгов биогеохимичен процес, чрез който може да се обменя въглерод между биосферата, атмосферата, хидросферата и земната литосфера..

Познаването на този цикличен въглероден процес на Земята дава възможност да се демонстрира човешкото действие върху този цикъл и неговите последици върху глобалното изменение на климата.

Въглеродът може да циркулира между океаните и други водни обекти, както и между литосферата, почвата и подпочвата, в атмосферата и в биосферата. В атмосферата и хидросферата въглеродът съществува в газообразна форма като СО₂ (въглероден диоксид).

фотосинтеза

Въглеродът в атмосферата се улавя от сухоземните и водните организми на екосистемите (фотосинтетични организми).

Фотосинтезата позволява да се получи химическа реакция между СО₂ и вода, медиирана от слънчева енергия и хлорофил от растенията, за производство на въглехидрати или захари. Този процес превръща прости молекули с ниско съдържание на CO₂, Н₂О и кислород О₂, в сложни молекулярни форми на висока енергия, които са захари.

Хетеротрофните организми - които не могат да извършват фотосинтезата и които са потребители в екосистемите - получават въглерод и енергия, когато се хранят от производителите и от другите потребители.

Дишане и разлагане

Дишането и разлагането са биологични процеси, които освобождават въглерод в околната среда под формата на СО₂ или СН₄ (метан, получен при анаеробно разлагане, т.е. в отсъствие на кислород).

Геологични процеси

Чрез геоложки процеси и като следствие от времето, въглеродът от анаеробно разлагане може да се трансформира в изкопаеми горива като петрол, природен газ и въглища. Също така, въглеродът също е част от други минерали и скали.

Намеса в човешката дейност

Когато човек използва изгарянето на изкопаеми горива за енергия, въглеродът се връща в атмосферата под формата на огромни количества CO₂ които не могат да бъдат усвоени от естествения биогеохимичен цикъл на въглерода.

Този излишък на СО₂ произведена от човешката дейност, негативно влияе върху баланса на въглеродния цикъл и е основната причина за глобалното затопляне.

приложения

Използването на въглерод и неговите съединения са изключително разнообразни. Най-забележителни със следното:

Нефт и природен газ

Основното икономическо използване на въглерода е представено в употребата му като въглеводород от изкопаеми горива, като метан и петрол..

Маслото се дестилира в рафинериите, за да се получат множество производни като бензин, дизел, керосин, асфалт, смазочни материали, разтворители и други, които на свой ред се използват в нефтохимическата индустрия, която произвежда суровини за производството на пластмаси, торове, фармацевтични продукти и бои. между другото.

графит

Графитът се използва в следните действия:

- Използва се при производството на моливи, смесени с глини.

- Той е част от производството на огнеупорни тухли и тигели, устойчиви на топлина.

- В различни механични устройства като шайби, лагери, бутала и уплътнения.

- Той е отличен твърд лубрикант.

- Поради своята електрическа проводимост и химическата си инертност, тя се използва при производството на електроди, въглища за електродвигатели.

- Използва се като модератор в атомните електроцентрали.

диамант

Диамантът притежава особено изключителни физически свойства, като по-високата степен на твърдост и топлопроводимост, известни досега.

Тези характеристики позволяват промишлени приложения в инструменти, използвани за направата на режещи и полиращи инструменти за тяхната висока абразивност.

Неговите оптични свойства - като прозрачност и способност за разрушаване на бялата светлина и пречупване на светлината - му придават много приложения в оптичните инструменти, като например при производството на лещи и призми..

Характерната яркост, получена от неговите оптични свойства, също е много ценена в бижутерийната индустрия.

антрацит

Антрацитът трудно възпламенява, бавно гори и изисква много кислород. Неговото изгаряне произвежда малко пламък от бледосин цвят и емисии на много топлина.

Преди няколко години се използва антрацит в термоелектрически централи и за битово отопление. Използването му има предимства като производството на малко пепел или прах, малко дим и бавен процес на горене.

Поради високата си икономическа цена и недостиг, антрацитът е заменен с природен газ в термоелектрическите централи и с електрическа енергия в домовете..

Твърди въглища

Въглищата се използват като суровина за получаване на:

- Кокс, гориво от доменни пещи в стоманодобивни предприятия.

- Креозот, получен чрез смесване на катранени дестилати от каменни въглища и използван като защитен уплътнител за дърво, изложен на времето.

- Крезол (химически метилфенол), извлечен от въглища и използван като дезинфектант и антисептик,

- Други производни като газ, катран или катран и съединения, използвани в производството на парфюми, инсектициди, пластмаси, бои, гуми и пътни настилки, включително.

кафяви въглища

Лигнитът представлява гориво със средно качество. Самолетът, разнообразието от лигнитни въглища, се характеризира с това, че е много компактен от дългия процес на карбонизация и високи налягания и се използва в бижута и орнаменти..

торф

Торфът се използва в следните дейности;

- За растежа, поддържането и транспортирането на растителни видове.

- Като органичен тор.

- Като легло на животни в конюшни.

- Като гориво с ниско качество.

препратки

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. and Price, G. (2017). Химия3: Въвеждане на неорганична, органична и физическа химия. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Кралят на елементите? Нанотехнологии. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, М., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. and Zandbergen, H. (2004). Свръхразтвор на графит. Физически букви за преглед. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, Т., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, Т. и Sumiya, H. (2003). Материали: Ултрахуден поликристален диамант от графит. Nature. 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Измерване на точката на топене на графита и свойствата на течния въглерод (преглед за 1963-2003 г.). Carbon. 43 (6): 1115. doi: 10.1016