УГЉЕН У ПРИРОДИ: ЛОКАЦИЈА, СВОЈСТВА И УПОТРЕБА - ГЕОГРАФИА - 2025

Угљеник у природи може наћи у дијаманата, нафте и графита, међу многим другим сценаријима. Овај хемијски елемент заузима шесто место у периодичној табели и налази се у водоравном реду или тачки 2 и колумни 14. Неметални је и четверојелантан; то јест, може успоставити 4 дељене електронске хемијске везе или ковалентне везе.

Угљен је најбогатији елемент у земљиној кори. Ово обиље, његова јединствена разноликост у стварању органских једињења и његова изузетна способност стварања макромолекула или полимера на температурама уобичајеним на Земљи, чине га заједничким елементом свих познатих животних облика.

Слика 1. Угљен у свом минералном облику. Извор: Рдамиан1234, из Викимедиа Цоммонс

Угљен постоји у природи као хемијски елемент без комбиновања у облицима графита и дијаманата. Међутим, највећим делом се комбинује да би се формирала хемијска једињења угљеника, као што је калцијум карбонат (ЦаЦО ₃ ) и друга једињења у нафти и природном гасу.

Такође формира разне минерале попут антрацита, угља, лигнита и тресета. Највећи значај угљеника је тај што он представља такозвани „грађевни блок живота“ и присутан је у свим живим организмима.

Где се налази угљеник и у ком облику?

Поред тога што је уобичајени хемијски елемент у свим облицима живота, угљеник је у природи присутан и у три кристална облика: дијаманту, графиту и фуллерену.

Такође постоји неколико аморфних минералних облика угља (антрацит, лигнит, угљен, тресет), течних облика (сорте нафте) и гасовитих (природни гас).

Кристални облици

У кристалним облицима, атоми угљеника придружују се формирању уређених образаца са геометријским просторним распоредом.

Графит

То је мека црна чврста супстанца са металним сјајем или сјајем и отпорна на топлоту (ватростална). Његова кристална структура представља атоме угљеника спојене у шестерокутне прстенове који се заузврат спајају у формирајуће листове.

Депозити графита су ретки и налазе се у Кини, Индији, Бразилу, Северној Кореји и Канади.

Дијамант

То је врло тврда чврста супстанца, прозирна за пролазак светлости и много гушћа од графита: вредност густине дијаманта је скоро дупло већа од графита.

Атоми угљеника у дијаманту су спојени у тетраедарској геометрији. Слично томе, дијамант је формиран од графита изложених условима веома високих температура и притиска (3.000 ^° Ц и 100.000 атм).

Већина дијаманата налази се између 140 и 190 км дубоко у плашту. Кроз дубоке вулканске ерупције магма их може превести на удаљености близу површине.

Постоје налазишта дијаманта у Африци (Намибија, Гана, Демократска Република Конго, Сијера Леоне и Јужна Африка), Америци (Бразил, Колумбија, Венецуела, Гвајана, Перу), Океанији (Аустралија) и Азији (Индија).

Слика 3. Угаљ и дијамант. Извор: КСАВИ999, из Викимедиа Цоммонс.

Фуллеренес

Они су молекуларни облици угљеника који формирају накупине од 60 и 70 атома угљеника у готово сферним молекулама, слично фудбалским лоптама.

Постоје и мањи фулерени са 20 атома угљеника. Неки облици фулерена укључују угљеничне наноцевке и угљенична влакна.

Слика 4. Фулерен. ИМеовбот, путем Викимедиа Цоммонса

Аморфни облици

У аморфним облицима, атоми угљеника не уједињују се, чинећи уређену и правилну кристалну структуру. Уместо тога, они чак садрже нечистоће из других елемената.

Антрацит

То је најстарији метаморфни минерални угаљ (који настаје модификацијом стена утицајем температуре, притиска или хемијског деловања течности), јер његово формирање потиче из примарног или палеозојског доба, карбонског периода.

Антрацит је аморфан облик угљеника са највишим садржајем овог елемента: између 86 и 95%. Сиво је црне боје с металним сјајем, а тежак је и компактан.

Антрацит се обично налази у зонама геолошке деформације и представља око 1% светских резерви угља.

Географски се налази у Канади, САД, Јужној Африци, Француској, Великој Британији, Немачкој, Русији, Кини, Аустралији и Колумбији.

Слика 5. Антрацит, најстарији угаљ са највећим садржајем угљеника. Едуцерва, са Викимедиа Цоммонс

Угаљ

То је минерални угаљ, седиментна стена органског порекла, чије настајање потиче из палеозојске и мезозојске ере. Садржај угљеника је између 75 и 85%.

Црне је боје, а карактерише је непрозирна и има матиран и мастан изглед, јер садржи висок садржај битуменских материја. Настаје компресијом лигнита у палеозојској ери, у карбонифском и пермском периоду.

То је најбројнији облик угљеника на планети. Постоје велика лежишта угља у Сједињеним Државама, Великој Британији, Немачкој, Русији и Кини.

Лигнит

То је минерални фосилни угљен формиран у терцијарној ери из тресета компресијом (високи притисци). Садржи нижи садржај угљеника од угља, између 70 и 80%.

То је мало компактан материјал, мршав (карактеристика која га разликује од осталих угљених минерала), браон или црне боје. Текстура је слична оној у дрвету, а садржај угљеника креће се од 60 до 75%.

То је лако запаљиво гориво, са ниском калоријском вредностом и нижим садржајем воде од тресета.

Постоје важни рудници лигнита у Немачкој, Русији, Чешкој, Италији (регије Венето, Тоскана, Умбрија) и Сардинији. У Шпанији се налазишта лигнита налазе у Астурији, Андори, Сарагоси и Ла Коруњи.

Тресет

То је материјал органског порекла чије настајање потиче из квартарне ере, много новије од претходних угља.

Жутосмеђе је боје и појављује се у облику спужвасте масе ниске густине у којој се могу видети биљни остаци са места на коме је настао.

За разлику од угља који је горе поменут, тресет не потиче од процеса карбонизације дрвног материјала или дрвета, већ је настао накупљањем биљака - углавном траве и маховине - у мочварним подручјима кроз процес карбонизације који није завршен. .

Тресет има висок удио воде; због тога је потребно сушење и сабијање пре употребе.

Садржи низак садржај угљеника (само 55%); стога има ниску енергетску вредност. Када је изложен сагоревању, остатак пепела обилује и емитује много дима.

Постоје значајна лежишта тресета у Чилеу, Аргентини (Тиерра дел Фуего), Шпанији (Еспиноса де Церрато, Паленциа), Немачкој, Данској, Холандији, Русији, Француској.

Слика 6. Резервоар тресета. Цхристиан Фисцхер, са Викимедиа Цоммонс

Нафта, природни гас и битумен

Петролеум (од латинског петрае, што значи "камен"; олеум, што значи "нафта": "стенско уље") је мешавина многих органских једињења - већином угљоводоника - произведених анаеробним бактеријским распадањем (у одсуству кисеоник) органске материје.

Настао је у подземљу, на великим дубинама и под посебним условима, физичким (високи притисци и температуре) и хемијским (присуство специфичних једињења катализатора) у процесу који је трајао милион година.

Током овог процеса, Ц и Х су ослобођени из органских ткива и спојени, поново комбиновајући, да би формирали огроман број угљоводоника који се мешају у складу са својим својствима, формирајући природни гас, нафту и битумен.

Светска нафтна поља налазе се углавном у Венецуели, Саудијској Арабији, Ираку, Ирану, Кувајту, Уједињеним Арапским Емиратима, Русији, Либији, Нигерији и Канади.

Постоје резерве природног гаса у Русији, Ирану, Венецуели, Катару, Сједињеним Државама, Саудијској Арабији и Уједињеним Арапским Емиратима, између осталих.

Физичка и хемијска својства

Међу својствима угљеника можемо поменути следећа:

Хемијски симбол

Ц.

Атомски број

6

Физичко стање

Чврста, под нормалним условима притиска и температуре (1 атмосфера и 25 ^° Ц).

Боја

Сива (графитна) и провидна (дијамантска).

Атомска маса

12.011 г / мол.

Тачка топљења

500 ^° Ц.

Тачка кључања

827 ^° Ц.

Густина

2.62 г / цм ³ .

Растворљивост

Нерастворљив у води, растворљив у ЦЦл ₄ тетрахлориду угљеника .

Електронска конфигурација

1с ² 2с ² 2п ² .

Број електрона у спољној или валентној љусци

Четири.

Капацитет везе

Четири.

Катенација

Има способност да формира хемијска једињења у дугим ланцима.

Биогеохемијски циклус

Циклус угљеника је биогеохемијски кружни процес кроз који се угљен може размењивати између Земљине биосфере, атмосфере, хидросфере и литосфере.

Познавање овог цикличког процеса угљеника на Земљи омогућава демонстрирање људског деловања на овај циклус и његових последица на глобалне климатске промене.

Угљен може да циркулише између океана и других водних тијела, као и између литосфере, у земљи и подземљу, у атмосфери и у биосфери. У атмосфери и хидросфери угљеник постоји у плиновитом облику као ЦО ₂ (угљен диоксид).

Фотосинтеза

Угљен из атмосфере ухваћени су копнени и водени организми који се производе у екосуставима (фотосинтетски организми).

Фотосинтеза омогућава да се догоди хемијска реакција између ЦО ₂ и воде, посредована сунчевом енергијом и хлорофилом из биљака, да се произведу угљени хидрати или шећери. Овај процес трансформише једноставне молекуле са ниским садржајем енергетском ЦО ₂ , Х ₂ О и кисеоник О ₂ , на сложене молекуларне облике високе енергије, који су шећери.

Хетеротрофни организми - који не могу фотосинтетизирати и који су потрошачи у екосистемима - добијају угљеник и енергију хранећи се произвођачима и другим потрошачима.

Респирација и распадање

Дисање и декомпозиција су биолошки процеси који ослобађање угљеника у животну средину у облику ЦО ₂ или ЦХ ₄ (метана произведеног у анаеробног разлагања, то јест, у одсуству кисеоника).

Геолошки процеси

Геолошким процесима и као последицом времена, угљен из анаеробног распадања може се трансформисати у фосилна горива попут нафте, природног гаса и угља. Исто тако, угљеник је такође део осталих минерала и стена.

Сметање људске активности

Када човек користи сагоревање фосилних горива за енергију, угљеника повратак у атмосферу у виду огромних количина ЦО ₂ који се не могу прилагодити од природног биогеохемијске циклуса угљеника.

Вишак ЦО ₂ произведен људском активношћу негативно утиче на равнотежу у кружењу угљеника и главни узрок глобалног загревања.

Слика 2. Биогеохемијски циклус угљеника. Царбон_цицле-цуте_диаграм.јпег: Корисник Кевин Сафф на ен.википедиа Дериватни рад: ФисцхКс Превод: Томас Цларке, виа Викимедиа Цоммонс

Апликације

Употреба угљеника и његових једињења су изузетно разнолике. Најистакнутији са следећим:

Нафта и природни гас

Главна економска употреба угљеника представљена је употребом угљен-угљоводоника из фосилних горива, као што су гас метана и нафта.

Уље се дестилира у рафинеријама ради добијања више деривата као што су бензин, дизел, керозин, асфалт, мазива, растварачи и други, који се заузврат користе у петрохемијској индустрији која производи сировине за индустрију пластике, ђубрива, лекова и боја. , између осталог.

Графит

Графит се користи у следећим акцијама:

- Користи се у производњи оловака помешаних са глином.

- Део је израде ватросталних опека и лончића, отпорних на топлоту.

- у разним механичким уређајима као што су подлошци, лежајеви, клипови и заптивке.

- Одлично је чврсто мазиво.

- Због електричне проводљивости и хемијске инертности, користи се у производњи електрода, угљеника за електричне моторе.

- Користи се као модератор у нуклеарним електранама.

Дијамант

Дијамант има изузетно изузетна физичка својства, као што су највиши степен тврдоће и топлотне проводљивости до данас.

Ове карактеристике омогућавају индустријску примену у алатима који се користе за израду резова и инструментима за полирање због велике абразивности.

Његова оптичка својства - као што су прозирност и способност разбијања беле светлости и рефракције светлости - дају јој бројне примене у оптичким инструментима, попут производње сочива и призми.

Карактеристични сјај који потиче из његових оптичких својстава такође је високо цењен у индустрији накита.

Антрацит

Антрацит је тешко запалити, споро сагорева и захтева пуно кисеоника. Сагоревање производи мало бледо плавог пламена и емитује много топлоте.

Пре неколико година, антрацит се користио у термоелектранама и за грејање у домаћинству. Његова употреба има предности као што су производња мало пепела или прашине, мало дима и спор процес сагоревања.

Због високих економских трошкова и недостатка, антрацит је замењен природним гасом у термоелектранама и електричном енергијом у кућама.

Угаљ

Угаљ се користи као сировина за добијање:

- Кокс, гориво из високих пећи у челичанима.

- Креозот, добијен мешањем дестилата катрана из угља и користи се као заштитно заптивно средство за дрво изложено елементима.

- Крезол (хемијски метилфенол) који се екстракује из угља и користи се као дезинфицијенс и антисептик,

- Остали деривати, као што су гас, катран или смола, и једињења која се користе у производњи парфема, инсектицида, пластике, боја, гума и коловоза.

Лигнит

Лигнит представља гориво средњег квалитета. Јет, разни лигнит, одликује се врло компактним због дугог процеса карбонизације и високог притиска, а користи се у накиту и украсима.

Тресет

Тресет се користи у следећим активностима;

- за раст, подршку и транспорт биљних врста.

- Као органски компост.

- Као животињски кревет у стаји.

- Као гориво ниског квалитета.

Референце

1. Бурровс, А., Холман, Ј., Парсонс, А., Пиллинг, Г. анд Прице, Г. (2017). Хемија3: Увођење неорганске, органске и физичке хемије. Окфорд Университи Пресс.
2. Деминг, А. (2010). Краљ елемената? Нанотехнологија. 21 (30): 300201. дои: 10.1088
3. Диенвиебел, М., Верхоевен, Г., Прадееп, Н., Френкен, Ј., Хеимберг, Ј. и Зандберген, Х. (2004). Изузетна мазивост графита. Писма о физичком прегледу. 92 (12): 126101. дои: 10.1103
4. Ирифуне, Т., Курио, А., Сакамото, С., Иноуе, Т. и Сумииа, Х. (2003). Материјали: Ултрахард поликристални дијамант од графита. Природа. 421 (6923): 599–600. дои: 10.1038
5. Савватимскии, А. (2005). Мерења талишта графита и својстава течног угљеника (преглед за 1963–2003). Угаљ. 43 (6): 1115. дои: 10.1016