Углерод в природе, где он находится и как, свойства, использование

углерод в природе это может быть найдено в алмазах, нефти и граффити, среди многих других сценариев. Этот химический элемент занимает шестое место в периодической таблице и находится в горизонтальном ряду или периоде 2 и столбце 14. Он неметаллический и четырехвалентный; то есть вы можете установить 4 химические связи общих электронов или ковалентных связей.

Углерод - это элемент с наибольшим изобилием в земной коре. Это изобилие, его уникальное разнообразие в образовании органических соединений и его исключительная способность образовывать макромолекулы или полимеры при температурах, обычно встречающихся на Земле, делают его общим элементом всех известных форм жизни.

Углерод существует в природе как химический элемент без объединения в форме графита и алмаза. Тем не менее, по большей части он объединяется с образованием химических соединений углерода, таких как карбонат кальция (CaCO).₃) и другие соединения в нефти и природном газе.

Он также образует несколько минералов, таких как антрацит, уголь, лигнит и торф. Наибольшее значение углерода заключается в том, что он представляет собой так называемый «строительный блок жизни» и присутствует во всех живых организмах..

индекс

• 1 Где находится углерод и в какой форме?
  • 1.1 Кристаллические формы
  • 1.2 Аморфные формы
  • 1.3 Нефть, природный газ и битум
• 2 Физические и химические свойства
  • 2.1 Химический символ
  • 2.2 Атомный номер
  • 2.3 Физическое состояние
  • 2,4 Цвет
  • 2.5 Атомная масса
  • 2.6 Точка плавления
  • 2.7 Точка кипения
  • 2.8 Плотность
  • 2.9 Растворимость
  • 2.10 Электронная конфигурация
  • 2.11 Количество электронов во внешнем или валентном слое
  • 2.12 Емкость канала
  • 2.13 Катенасьон
• 3 Биогеохимический цикл
  • 3.1 Фотосинтез
  • 3.2 Дыхание и разложение
  • 3.3 Геологические процессы
  • 3.4 Вмешательство человеческой деятельности
• 4 использования
  • 4.1 Нефть и природный газ
  • 4.2 Графит
  • 4.3 Алмаз
  • 4.4 Антрацит
  • 4.5 каменный уголь
  • 4.6 лигнит
  • 4.7 Торф
• 5 ссылок

Где находится углерод и в какой форме?

Помимо того, что он является химическим компонентом, общим для всех форм жизни, углерод в природе присутствует в трех кристаллических формах: алмаз, графит и фуллерен..

Есть также несколько аморфных минеральных форм угля (антрацит, лигнит, уголь, торф), жидких форм (разновидности масел) и соды (природный газ)..

Кристаллические формы

В кристаллических формах атомы углерода объединяются, образуя упорядоченные структуры с геометрическим пространственным расположением.

графит

Это мягкий сплошной черный цвет с блеском или металлическим блеском теплостойким (огнеупорным). Его кристаллическая структура представляет собой атомы углерода, соединенные в гексагональные кольца, которые, в свою очередь, соединяются вместе, образуя листы.

Месторождения графита редки и были обнаружены в Китае, Индии, Бразилии, Северной Корее и Канаде..

бриллиант

Это очень твердое твердое вещество, прозрачное для прохождения света и намного более плотное, чем графит: значение плотности алмаза эквивалентно почти в два раза больше, чем у графита.

Атомы углерода в алмазе соединяются в тетраэдрической геометрии. Аналогично, алмаз сформирован из графита, подвергнутого условиям очень высоких температур и давлений (3000 ^°С и 100 000 атм).

Большая часть алмазов находится на глубине от 140 до 190 км в мантии. Через глубокие извержения вулканов магма может переносить их на расстояния, близкие к поверхности.

Алмазные месторождения имеются в Африке (Намибия, Гана, Демократическая Республика Конго, Сьерра-Леоне и Южная Африка), Америке (Бразилия, Колумбия, Венесуэла, Гайана, Перу), Океании (Австралия) и Азии (Индия)..

фуллерены

Это молекулярные формы углерода, которые образуют кластеры из 60 и 70 атомов углерода в почти сферических молекулах, похожих на футбольные мячи.

Есть также фуллерены, меньшие, чем 20 атомов углерода. Некоторые формы фуллеренов включают углеродные нанотрубки и углеродные волокна.

Аморфные формы

В аморфных формах атомы углерода не объединяются, образуя упорядоченную и правильную кристаллическую структуру. Вместо этого они даже содержат примеси от других элементов.

антрацит

Это самый старый метаморфический минеральный уголь (который происходит от модификации горных пород под воздействием температуры, давления или химического воздействия жидкостей), поскольку его образование относится к первичной или палеозойской эре, каменноугольному периоду..

Антрацит - это аморфная форма углерода, в которой содержание этого элемента выше: от 86 до 95%. Серо-черный и металлический глянец, тяжелый и компактный.

Как правило, антрацит находится в зонах геологической деформации и составляет приблизительно 1% мировых запасов угля..

Географически он встречается в Канаде, США, Южной Африке, Франции, Великобритании, Германии, России, Китае, Австралии и Колумбии..

Каменный уголь

Это минеральный уголь, осадочная порода органического происхождения, образование которой относится к эпохам палеозоя и мезозоя. Содержание углерода составляет от 75 до 85%..

Это черный, он характеризуется непрозрачностью и имеет матовый и жирный вид, так как он содержит большое количество битумных веществ. Образуется при сжатии лигнита в палеозойскую эру, в каменноугольный и пермский периоды..

Это самая распространенная форма угля на планете. В Соединенных Штатах, Великобритании, Германии, России и Китае имеются крупные месторождения угля..

бурый уголь

Это ископаемый минеральный уголь, образовавшийся в третичном возрасте из торфа при сжатии (высокие давления). Он имеет более низкое содержание углерода, чем уголь, от 70 до 80%.

Это немного компактный материал, рассыпчатый (характеристика, которая отличает его от других углеродных минералов), коричневый или черный. Его текстура похожа на древесину, а содержание углерода колеблется от 60 до 75%..

Это топливо с легким воспламенением, с низкой теплотворной способностью и более низким содержанием воды, чем торф.

В Германии, России, Чехии, Италии (в регионах Венето, Тоскана, Умбрия) и Сардинии имеются важные шахты с бурым углем. В Испании месторождения лигнита находятся в Астурии, Андорре, Сарагосе и Ла-Корунья.

торф

Это материал органического происхождения, образование которого происходит из четвертичной эры, гораздо более поздней, чем предыдущие угли..

Это коричневато-желтый цвет и выглядит как губчатая масса низкой плотности, в которой вы можете увидеть остатки растений от того места, где они произошли.

В отличие от перечисленных выше углей, торф не происходит в результате процессов карбонизации древесного материала или дерева, а образуется в результате скопления растений - в основном трав и мхов - в болотистых районах в результате процесса карбонизации, который еще не завершен..

Торф имеет высокое содержание воды; по этой причине требует использования сушки и уплотнения перед использованием.

Имеет низкое содержание углерода (всего 55%); следовательно, он имеет низкую энергетическую ценность. Когда он подвергается сгоранию, его остаток золы в изобилии и выделяет много дыма.

Существуют важные месторождения торфа в Чили, Аргентине (Огненная Земля), Испании (Эспиноса-де-Серрато, Паленсия), Германии, Дании, Голландии, России, Франции..

Нефть, природный газ и битум

Масло (с латыни Petrae, что означает "камень"; и олеум, что означает «нефть»: «каменная нефть») представляет собой смесь многих органических соединений - большинства углеводородов, - образующихся в результате анаэробного бактериального разложения (в отсутствие кислорода) органического вещества..

Он образовался в недрах, на больших глубинах и в особых условиях, как физических (высокие давления и температуры), так и химических (присутствие определенных каталитических соединений) в процессе, который занял миллионы лет.

Во время этого процесса C и H высвобождались из органических тканей и снова объединялись, образуя огромное количество углеводородов, которые смешиваются в соответствии с их свойствами, образуя природный газ, нефть и битум..

Нефтяные месторождения планеты расположены в основном в Венесуэле, Саудовской Аравии, Ираке, Иране, Кувейте, Объединенных Арабских Эмиратах, России, Ливии, Нигерии и Канаде..

Есть запасы природного газа в России, Иране, Венесуэле, Катаре, Соединенных Штатах, Саудовской Аравии и Объединенных Арабских Эмиратах, среди других..

Физико-химические свойства

Среди свойств углерода можно отметить следующие:

Химический символ

С.

Атомный номер

6.

Физическое состояние

Твердый, при нормальных условиях давления и температуры (1 атмосфера и 25 ^°C).

цвет

Серый (графит) и прозрачный (алмаз).

Атомная масса

12,011 г / моль.

Точка плавления

500 ^°С.

Точка кипения

+827 ^°С.

плотность

2,62 г / см³.

растворимость

Нерастворим в воде, растворим в четыреххлористом углероде CCl₄.

Электронная конфигурация

1s² 2s² 2р².

Количество электронов во внешнем слое или валентности

4.

Пропускная способность

4.

сцепление

Обладает способностью образовывать химические соединения в длинных цепях..

Биогеохимический цикл

Углеродный цикл представляет собой круговой биогеохимический процесс, посредством которого углерод может обмениваться между биосферой, атмосферой, гидросферой и земной литосферой..

Знание этого циклического углеродного процесса на Земле позволяет продемонстрировать действия человека в этом цикле и его последствия для глобального изменения климата..

Углерод может циркулировать между океанами и другими водоемами, а также между литосферой, почвой и недрами, атмосферой и биосферой. В атмосфере и гидросфере углерод существует в газообразной форме в виде СО₂ (углекислый газ).

фотосинтез

Углерод в атмосфере поглощается наземными и водными организмами экосистем (фотосинтезирующими организмами)..

Фотосинтез позволяет химической реакции между СО происходить₂ и вода, опосредованная солнечной энергией и хлорофиллом из растений, для производства углеводов или сахаров. Этот процесс превращает простые молекулы с низким содержанием энергии CO₂, H₂O и кислород O₂, в сложных молекулярных формах высокой энергии, которые являются сахарами.

Гетеротрофные организмы, которые не могут осуществлять фотосинтез и являются потребителями в экосистемах, получают углерод и энергию при питании самих производителей и других потребителей..

Дыхание и разложение

Дыхание и разложение - это биологические процессы, которые выделяют углерод в окружающую среду в форме CO₂ или СН₄ (метан образуется при анаэробном разложении, то есть в отсутствие кислорода).

Геологические процессы

В результате геологических процессов и, как следствие, с течением времени, углерод анаэробного разложения может превращаться в ископаемое топливо, такое как нефть, природный газ и уголь. Кроме того, углерод также является частью других минералов и горных пород..

Вмешательство человеческой деятельности

Когда человек использует сжигание ископаемого топлива для получения энергии, углерод возвращается в атмосферу в виде огромных количеств СО₂ которые не могут быть ассимилированы естественным биогеохимическим циклом углерода.

Это избыток СО₂ вызванный деятельностью человека отрицательно влияет на баланс углеродного цикла и является основной причиной глобального потепления.

приложений

Использование углерода и его соединений чрезвычайно разнообразно. Наиболее выдающийся со следующим:

Нефть и природный газ

Основное экономическое использование углерода заключается в его использовании в качестве углеводородного ископаемого топлива, такого как газообразный метан и нефть..

Масло перегоняется на нефтеперерабатывающих заводах для получения различных производных, таких как бензин, дизельное топливо, керосин, асфальт, смазочные материалы, растворители и другие, которые, в свою очередь, используются в нефтехимической промышленности, которая производит сырье для пластмасс, удобрений, фармацевтической и лакокрасочной промышленности. среди прочих.

графит

Графит используется в следующих действиях:

- Используется при изготовлении карандашей, смешанных с глинами.

- Это часть производства огнеупорных кирпичей и тиглей, термостойких.

- В различных механических устройствах, таких как шайбы, подшипники, поршни и прокладки.

- Это отличная твердая смазка.

- Из-за его электрической проводимости и его химической инертности, он используется в производстве электродов, углей электродвигателей..

- Используется в качестве модератора на атомных электростанциях.

бриллиант

Алмаз обладает особенно исключительными физическими свойствами, такими как более высокая степень твердости и теплопроводность, известные до сих пор..

Эти особенности позволяют промышленное применение в инструментах, используемых для резки и полировки инструментов для их высокой абразивности.

Его оптические свойства, такие как прозрачность и способность расщеплять белый свет и преломлять свет, дают ему множество применений в оптических приборах, например, в производстве линз и призм..

Характерная яркость, полученная из его оптических свойств, также очень ценится в ювелирной промышленности..

антрацит

Антрацит с трудом поджигается, медленно горит и требует много кислорода. Его сгорание производит небольшое пламя бледно-синего цвета и выделяет много тепла.

Несколько лет назад антрацит использовался в термоэлектростанциях и для отопления домов. Его использование имеет такие преимущества, как производство небольшого количества золы или пыли, небольшое количество дыма и медленный процесс сгорания..

Из-за высокой экономической стоимости и дефицита антрацит был заменен природным газом на термоэлектростанциях и электроэнергией в домах..

Каменный уголь

Уголь используется в качестве сырья для получения:

- Кокс, топливо из доменных печей сталелитейных заводов.

- Креозот, полученный путем смешивания смолистых дистиллятов из каменного угля и используемый в качестве защитного герметика для древесины, подверженной атмосферным воздействиям.

- Крезол (химически метилфенол) извлекают из угля и используют в качестве дезинфицирующего и антисептического средства,

- Другие производные, такие как газ, смола или смола, а также соединения, используемые в производстве парфюмерии, инсектицидов, пластмасс, красок, шин и дорожных покрытий, среди прочих.

бурый уголь

Лигнит представляет собой топливо среднего качества. Струя, разновидность лигнита, характеризуется очень компактным из-за длительного процесса карбонизации и высокого давления и используется в ювелирном деле и украшении..

торф

Торф используется в следующих видах деятельности;

- Для роста, поддержки и транспорта видов растений.

- Как органическое удобрение.

- Как постель животных в конюшнях.

- Как топливо низкого качества.

ссылки

1. Барроуз А., Холман Дж., Парсонс А., Пиллинг Г. и Прайс Г. (2017). Химия3: Введение в неорганическую, органическую и физическую химию. Издательство Оксфордского университета.
2. Деминг А. (2010). Король стихий? Нанотехнологии. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Верхувен, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. and Zandbergen, H. (2004). Сверхсложность графита. Письма о физическом обзоре. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. and Sumiya, H. (2003). Материалы: сверхтвердый поликристаллический алмаз из графита. Природа. 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Савватимский А. (2005). Измерения температуры плавления графита и свойств жидкого углерода (обзор за 1963-2003 гг.). Carbon. 43 (6): 1115. дои: 10.1016