Uhlík v prírode, kde sa nachádza a ako, vlastnosti, použitie

v prírode možno ho nájsť v diamantoch, olejoch a graffiti, medzi mnohými ďalšími scenármi. Tento chemický prvok zaujíma v periodickej tabuľke šieste miesto a nachádza sa v horizontálnom riadku alebo období 2 a stĺpci 14. Je nekovový a štvormocný; to znamená, že môžete vytvoriť 4 chemické väzby spoločných elektrónov alebo kovalentných väzieb.

Uhlík je prvkom s najväčšou hojnosťou v zemskej kôre. Táto hojnosť, jej jedinečná rozmanitosť vo formovaní organických zlúčenín a jej výnimočná schopnosť tvoriť makromolekuly alebo polyméry pri teplotách, ktoré sa bežne vyskytujú na Zemi, ju robí bežným prvkom všetkých známych foriem života..

Uhlík existuje v prírode ako chemický prvok bez kombinácie vo forme grafitu a diamantu. Z väčšej časti sa však kombinuje za vzniku chemických zlúčenín uhlíka, ako je uhličitan vápenatý (CaCO).₃) a iné zlúčeniny z ropy a zemného plynu.

Tvorí tiež niekoľko minerálov, ako je antracit, uhlie, lignit a rašelina. Najväčší význam uhlíka spočíva v tom, že predstavuje tzv. Stavebný blok života a je prítomný vo všetkých živých organizmoch.

index

• 1 Kde sa nachádza uhlík a v akej forme?
  • 1.1 Kryštálové tvary
  • 1.2 Amorfné formy
  • 1.3 Ropa, zemný plyn a bitúmen
• 2 Fyzikálne a chemické vlastnosti
  • 2.1 Chemický symbol
  • 2.2 Atómové číslo
  • 2.3 Fyzikálny stav
  • 2.4 Farba
  • 2.5 Atómová hmotnosť
  • 2.6 Teplota topenia
  • 2.7 Bod varu
  • 2.8 Hustota
  • 2.9 Rozpustnosť
  • 2.10 Elektronická konfigurácia
  • 2.11 Počet elektrónov vo vonkajšej alebo valenčnej vrstve
  • 2.12 Kapacita prepojenia
  • 2.13 Catenación
• 3 Biogeochemický cyklus
  • 3.1 Fotosyntéza
  • 3.2 Dýchanie a rozklad
  • 3.3 Geologické procesy
  • 3.4 Rušenie ľudskej činnosti
• 4 Použitie
  • 4.1 Ropa a zemný plyn
  • 4.2 Grafit
  • 4.3 Diamant
  • 4.4 Antracit
  • 4.5 Čierne uhlie
  • 4.6 Lignit
  • 4.7 Rašelina
• 5 Referencie

Kde sa nachádza uhlík a v akej forme?

Okrem toho, že uhlík v prírode je chemickou zložkou spoločnou pre všetky formy života, je prítomný v troch kryštalických formách: diamant, grafit a fullerén.

Existuje tiež niekoľko amorfných minerálnych foriem uhlia (antracit, lignit, uhlie, rašelina), kvapalné formy (odrody olejov) a sóda (zemný plyn)..

Kryštálové tvary

V kryštalických formách sa atómy uhlíka spájajú a vytvárajú usporiadané vzory s geometrickým priestorovým usporiadaním.

grafit

Je to mäkká pevná látka čiernej farby s leskom alebo kovovým leskom a odolná voči teplu (žiaruvzdorná). Jeho kryštalická štruktúra predstavuje uhlíkové atómy spojené v šesťuholníkových prstencoch, ktoré zase spájajú do seba formujúce plechy.

Grafitové usadeniny sú vzácne a vyskytujú sa v Číne, Indii, Brazílii, Severnej Kórei a Kanade.

diamant

Je to veľmi tvrdá pevná látka, transparentná pre priechod svetla a oveľa hustejšia ako grafit: hodnota hustoty diamantu je ekvivalentná takmer dvojnásobku hodnoty grafitu..

Atómy uhlíka v diamante sa spájajú v tetrahedrálnej geometrii. Podobne je diamant vyrobený z grafitu vystaveného podmienkam veľmi vysokých teplôt a tlakov (3000 ° C) ^°C a 100 000 atm).

Väčšina diamantov sa nachádza medzi 140 a 190 km hlboko v plášti. Prostredníctvom hlbokých sopečných erupcií ich môže magma previezť na vzdialenosť v blízkosti povrchu.

V Afrike existujú diamantové polia (Namíbia, Ghana, Konžská demokratická republika, Sierra Leone a Južná Afrika), Amerika (Brazília, Kolumbia, Venezuela, Guyana, Peru), Oceánia (Austrália) a Ázia (India).

fullerény

Sú to molekulárne formy uhlíka, ktoré tvoria zhluky 60 a 70 atómov uhlíka v takmer sférických molekulách, podobne ako futbalové lopty.

Existujú tiež fullerény menšie ako 20 atómov uhlíka. Niektoré formy fullerénov zahŕňajú uhlíkové nanotrubice a uhlíkové vlákna.

Amorfné formy

V amorfných formách sa atómy uhlíka nespojujú, čo predstavuje usporiadanú a pravidelnú kryštalickú štruktúru. Namiesto toho obsahujú aj nečistoty z iných prvkov.

antracit

Je to najstaršie metamorfované minerálne uhlie (ktoré pochádza z modifikácie hornín účinkami teploty, tlaku alebo chemického pôsobenia kvapalín), pretože jeho vznik pochádza z primárnej alebo paleozoickej doby, karbonského obdobia..

Antracit je amorfná forma uhlíka, ktorá má vyšší obsah tohto prvku: medzi 86 a 95%. Je šedo-čierny a metalický lesk a je ťažký a kompaktný.

Vo všeobecnosti sa antracit nachádza v oblastiach geologickej deformácie a predstavuje približne 1% svetových zásob uhlia.

Geograficky sa nachádza v Kanade, USA, Južnej Afrike, Francúzsku, Veľkej Británii, Nemecku, Rusku, Číne, Austrálii a Kolumbii.

Čierne uhlie

Je to minerálne uhlie, sedimentárna hornina organického pôvodu, ktorej vznik pochádza z paleozoických a druhohorných období. Má obsah uhlíka medzi 75 a 85%..

Je čierny, vyznačuje sa nepriehľadnosťou a matným a mastným vzhľadom, pretože má vysoký obsah bitúmenových látok. Je tvorená kompresiou hnedého uhlia v období paleozoika, v období karbonu a permu.

Je to najhojnejšia forma uhlia na planéte. Veľké zásoby uhlia sú v Spojených štátoch, Veľkej Británii, Nemecku, Rusku a Číne.

hnedé uhlie

Je to fosílne minerálne uhlie vytvorené v terciárnom veku z rašeliny kompresiou (vysoké tlaky). Má nižší obsah uhlíka ako uhlie medzi 70 a 80%..

Je to malý kompaktný materiál, drobivý (charakteristický, ktorý ho odlišuje od ostatných uhlíkových minerálov), hnedý alebo čierny. Jeho štruktúra je podobná štruktúre dreva a jeho obsah uhlíka sa pohybuje od 60 do 75%..

Je to ľahké zapaľovacie palivo s nízkou výhrevnosťou a nižším obsahom vody ako rašelina.

V Nemecku, Rusku, Českej republike, Taliansku (regióny Veneto, Toskánsko, Umbria) a Sardínia sa nachádzajú významné lignitové bane. V Španielsku sú ložiská hnedého uhlia v Astúrii, Andorre, Zaragoze a La Coruña.

rašelina

Je to materiál organického pôvodu, ktorého vznik pochádza z kvartérnej éry, oveľa novšej ako predchádzajúce uhlie.

Je to hnedastožltá farba a javí sa ako hubovitá hmota s nízkou hustotou, v ktorej môžete vidieť zvyšky rastlín z miesta, odkiaľ pochádzajú..

Na rozdiel od uhlíkov uvedených vyššie, rašelina nepochádza z procesov karbonizácie drevného materiálu alebo dreva, ale bola vytvorená akumuláciou rastlín - hlavne byliniek a machov - v močaristých oblastiach prostredníctvom procesu karbonizácie, ktorý nebol dokončený..

Rašelina má vysoký obsah vody; Z tohto dôvodu vyžaduje pred použitím sušenie a zhutnenie.

Má nízky obsah uhlíka (len 55%); preto má nízku energetickú hodnotu. Pri spaľovaní je zvyšok popola bohatý a vyžaruje veľa dymu.

Existujú dôležité ložiská rašeliny v Čile, Argentína (Tierra del Fuego), Španielsko (Espinosa de Cerrato, Palencia), Nemecko, Dánsko, Holandsko, Rusko, Francúzsko..

Ropa, zemný plyn a bitúmen

Olej (z latiny petrae, čo znamená "kameň"; a Olea, čo znamená "olej": "ropný olej") je zmes mnohých organických zlúčenín - väčšina uhľovodíkov - produkovaná anaeróbnym rozkladom baktérií (v neprítomnosti kyslíka) organických látok.

Vznikla v podloží, vo veľkých hĺbkach a za špeciálnych podmienok fyzikálnych (vysoké tlaky a teploty) a chemických (prítomnosť špecifických katalytických zlúčenín) v procese, ktorý trval milióny rokov..

Počas tohto procesu sa C a H uvoľňovali z organických tkanív a znova sa spojili, aby sa vytvorilo obrovské množstvo uhľovodíkov, ktoré sa zmiešali podľa svojich vlastností, pričom sa vytvoril zemný plyn, olej a bitúmen..

Ropné polia planéty sa nachádzajú hlavne vo Venezuele, Saudskej Arábii, Iraku, Iráne, Kuvajte, Spojených arabských emirátoch, Rusku, Líbyi, Nigérii a Kanade..

Existujú zásoby zemného plynu v Rusku, Iráne, Venezuele, Katare, Spojených štátoch, Saudskej Arábii a Spojených arabských emirátoch..

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Medzi uhlíkovými vlastnosťami môžeme spomenúť nasledovné:

Chemický symbol

C.

Atómové číslo

6.

Fyzikálny stav

Pevný, za normálnych podmienok tlaku a teploty (1 atmosféra a 25 ° C). \ T ^°C).

farba

Šedá (grafitová) a priehľadná (diamantová).

Atómová hmota

12,011 g / mol.

Teplota topenia

500 ^°C.

Teplota varu

827 ^°C.

hustota

2,62 g / cm³.

rozpustnosť

Nerozpustný vo vode, rozpustný v tetrachlórmetáne CCl₄.

Elektronická konfigurácia

1s² 2s² 2p².

Počet elektrónov vo vonkajšej vrstve alebo valencii

4.

Kapacita prepojenia

4.

catenation

Má schopnosť tvoriť chemické zlúčeniny v dlhých reťazcoch.

Biogeochemický cyklus

Cyklus uhlíka je kruhový biogeochemický proces, prostredníctvom ktorého sa môže uhlík vymieňať medzi biosférou, atmosférou, hydrosférou a suchozemskou litosférou..

Znalosť tohto cyklického uhlíkového procesu na Zemi umožňuje demonštrovať ľudskú činnosť v tomto cykle a jeho dôsledky na globálnu zmenu klímy.

Uhlík môže cirkulovať medzi oceánmi a inými vodnými útvarmi, ako aj medzi litosférou, v pôde a podloží, v atmosfére av biosfére. V atmosfére a hydrosfére je uhlík v plynnej forme ako CO₂ (oxid uhličitý).

fotosyntéza

Uhlík v atmosfére zachytávajú suchozemské a vodné organizmy ekosystémov (fotosyntetické organizmy)..

Fotosyntéza umožňuje vznik chemickej reakcie medzi CO₂ a voda, sprostredkovaná slnečnou energiou a chlorofylom z rastlín, na výrobu sacharidov alebo cukrov. Tento proces transformuje jednoduché molekuly s nízkym obsahom CO energie₂, H₂O a kyslík O₂, v komplexných molekulárnych formách vysokej energie, ktorými sú cukry.

Heterotrofné organizmy - ktoré nemôžu vykonávať fotosyntézu a ktoré sú spotrebiteľmi v ekosystémoch - získavajú uhlík a energiu, keď sa živia výrobcami a inými spotrebiteľmi..

Dýchanie a rozklad

Dýchanie a rozklad sú biologické procesy, ktoré uvoľňujú uhlík do životného prostredia vo forme CO₂ alebo CH₄ (metán vyrobený v anaeróbnom rozklade, to znamená v neprítomnosti kyslíka).

Geologické procesy

Prostredníctvom geologických procesov a v dôsledku plynutia času môže byť uhlík anaeróbneho rozkladu transformovaný na fosílne palivá, ako je ropa, zemný plyn a uhlie. Podobne, uhlík je tiež súčasťou iných minerálov a hornín.

Interferencia ľudskej činnosti

Keď človek využíva spaľovanie fosílnych palív na energiu, uhlík sa vracia do atmosféry vo forme obrovského množstva CO₂ ktoré nemožno asimilovať prirodzeným biogeochemickým cyklom uhlíka.

Tento prebytok CO₂ produkovaná ľudskou činnosťou negatívne ovplyvňuje rovnováhu uhlíkového cyklu a je hlavnou príčinou globálneho otepľovania.

aplikácie

Použitie uhlíka a jeho zlúčenín je veľmi rôznorodé. Najvýraznejšie sú tieto:

Ropa a zemný plyn

Hlavné ekonomické využitie uhlíka predstavuje jeho použitie ako uhľovodíka z fosílnych palív, ako je metán a ropa..

Olej sa destiluje v rafinériách na získanie viacerých derivátov, ako sú benzín, nafta, petrolej, asfalt, mazivá, rozpúšťadlá a ďalšie, ktoré sa zase používajú v petrochemickom priemysle, ktorý vyrába suroviny pre priemysel plastov, hnojív, farmaceutík a farieb. , okrem iného.

grafit

Grafit sa používa v nasledujúcich činnostiach:

- Používa sa pri výrobe ceruziek zmiešaných s ílom.

- Je súčasťou výroby žiaruvzdorných tehál a téglikov, odolných voči teplu.

- V rôznych mechanických zariadeniach, ako sú podložky, ložiská, piesty a tesnenia.

- Je to vynikajúce tuhé mazivo.

- Vzhľadom na svoju elektrickú vodivosť a chemickú inertnosť sa používa pri výrobe elektród, elektrických motorov.

- Používa sa ako moderátor v jadrových elektrárňach.

diamant

Diamant má mimoriadne výnimočné fyzikálne vlastnosti, ako je doteraz známy vyšší stupeň tvrdosti a tepelnej vodivosti.

Tieto vlastnosti umožňujú priemyselné aplikácie v nástrojoch používaných na rezanie a leštenie nástrojov pre ich vysokú abrazivitu.

Jeho optické vlastnosti - ako transparentnosť a schopnosť rozbiť biele svetlo a lom svetla - dávajú mnoho aplikácií v optických nástrojoch, napríklad pri výrobe šošoviek a hranolov..

Charakteristický jas odvodený z jeho optických vlastností je tiež veľmi cenený v klenotníckom priemysle.

antracit

Antracit má obtiažne vznietenie, je pomalé horenie a vyžaduje veľa kyslíka. Jeho spaľovanie vytvára malý plameň svetlomodrej farby a emisie veľkého množstva tepla.

Pred niekoľkými rokmi sa antracit používal v termoelektrických zariadeniach a na vykurovanie domácností. Jeho použitie má výhody, ako je výroba malého popola alebo prachu, malý dym a pomalý proces spaľovania.

Vzhľadom na vysoké ekonomické náklady a nedostatok je antracit nahradený zemným plynom v termoelektrických elektrárňach a elektrickou energiou v domácnostiach..

Čierne uhlie

Uhlie sa používa ako surovina na získanie:

- Koks, palivo z vysokých pecí v oceliarňach.

- Kreozot získaný zmiešaním dechtových destilátov z čierneho uhlia a používaných ako ochranný tmel na drevo vystavený poveternostným vplyvom.

- Krezol (chemicky metylfenol) extrahovaný z uhlia a používaný ako dezinfekčný a antiseptický prostriedok,

- Ostatné deriváty ako plyn, decht alebo smola, a zlúčeniny používané pri výrobe parfumov, insekticídov, plastov, farieb, pneumatík a cestných vozoviek, okrem iného.

hnedé uhlie

Lignit predstavuje palivo strednej kvality. Prúd, odroda hnedého uhlia, je charakterizovaný tým, že je veľmi kompaktný dlhým procesom karbonizácie a vysokými tlakmi a používa sa v šperkoch a ozdobách..

rašelina

Rašelina sa používa pri nasledujúcich činnostiach;

- Pre rast, podporu a prepravu rastlinných druhov.

- Ako organické hnojivo.

- Ako posteľ zvierat v stajniach.

- Ako palivo nízkej kvality.

referencie

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. a Price, G. (2017). Chémia3: Úvod do anorganickej, organickej a fyzikálnej chémie. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kráľ prvkov? Nanotechnológie. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. a Zandbergen, H. (2004). Superlubricita grafitu. Fyzické prehľadové listy. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. a Sumiya, H. (2003). Materiály: Ultrahard polykryštalický diamant z grafitu. Nature. 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Merania teploty topenia grafitu a vlastností kvapalného uhlíka (prehľad pre roky 1963-2003). Carbon. 43 (6): 1115. doi: 10.1016