Süsinikku looduses, kus see leitakse ja kuidas, omadused, kasutusalad

The süsinikku paljude teiste stsenaariumide hulgas on see teemantide, õli ja graffiti puhul. See keemiline element asub perioodilises tabelis kuuendal kohal ja paikneb horisontaalses reas või perioodis 2 ja 14. veerus. see tähendab, et saate luua jagatud elektronide või kovalentsete sidemete 4 keemilist sidet.

Süsinik on element, millel on maakoores suurim küllus. See arvukus, selle ainulaadne mitmekesisus orgaaniliste ühendite moodustamisel ja selle erakordne võime moodustada makromolekule või polümeere, mis esinevad tavaliselt Maal leitud temperatuuridel, muudab selle kõigi tuntud eluvormide ühiseks elemendiks.

Süsinik on looduses keemilise elemendina ilma grafiidi ja teemandi vormideta. Enamasti kombineeritakse see aga keemiliste süsinikühendite, nagu kaltsiumkarbonaadi (CaCO), moodustamiseks.₃) ja muud nafta ja maagaasi ühendid.

Samuti moodustab see mitmeid mineraale, nagu antratsiit, kivisüsi, ligniit ja turvas. Süsiniku suurim tähtsus on see, et see kujutab endast nn "elukeskkonda" ja on olemas kõigis elusorganismides.

Indeks

• 1 Kus on süsinikku leitud ja millises vormis?
  • 1.1 Kristallid
  • 1.2 Amorfsed vormid
  • 1.3 Nafta, maagaas ja bituumen
• 2 Füüsikalised ja keemilised omadused
  • 2.1 Keemiline sümbol
  • 2.2 Aatomarv
  • 2.3 Füüsiline olek
  • 2.4 Värv
  • 2.5 Aatomimass
  • 2.6 Sulamistemperatuur
  • 2.7 Keemistemperatuur
  • 2.8 Tihedus
  • 2.9 Lahustuvus
  • 2.10 Elektrooniline konfiguratsioon
  • 2.11 Elektronide arv välis- või valentsikihis
  • 2.12 Linkide maht
  • 2.13 Catenación
• 3 Biogeokeemiline tsükkel
  • 3.1 Fotosüntees
  • 3.2 Hingamine ja lagunemine
  • 3.3 Geoloogilised protsessid
  • 3.4 Inimese tegevuse sekkumine
• 4 Kasutamine
  • 4.1 Nafta ja maagaas
  • 4.2 Grafiit
  • 4.3 Teemant
  • 4.4 antratsiit
  • 4.5 Kivisüsi
  • 4.6 Ligniit
  • 4.7 Turvas
• 5 Viited

Kus on süsinikku leitud ja millises vormis?

Lisaks keemilisele komponendile, mis on ühine kõikidele eluvormidele, on looduses olev süsinik kolm kristalset vormi: teemant, grafiit ja fullereen..

Samuti on mitmeid amorfseid kivisöe (antratsiit, pruunsüsi, kivisüsi, turvas), vedelate vormide (õlisortide) ja sooda (maagaas) vorme..

Kristallid

Kristallilistes vormides liidetakse süsinikuaatomid moodustades järjestatud mustrid geomeetrilise ruumilise paigutusega.

Grafiit

See on pehme tahke must värv, millel on läige või metallist sära ja mis on vastupidav kuumale (tulekindel). Selle kristalne struktuur kujutab endast süsiniku aatomit, mis on ühendatud kuusnurkse rõngaga, mis omakorda ühendavad kokku moodustavad lehed.

Grafiidihooneid on vähe ja neid on leitud Hiinas, Indias, Brasiilias, Põhja-Koreas ja Kanadas.

Teemant

See on väga kõva tahke, läbipaistev valguse läbipääsule ja palju tihedam kui grafiit: teemandi tiheduse väärtus on võrdne peaaegu kaks korda suuremaga kui grafiit.

Teemandil olevad süsinikuaatomid ühinevad tetraedrilise geomeetriaga. Samuti moodustub teemant grafiidist, mis on allutatud väga kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustele (3000 ° C) ^°C ja 100 000 atm.

Enamik teemandid asuvad mantlis 140 ja 190 km vahel. Sügavate vulkaanipurskete kaudu võib magma transportida neid pinna lähedale.

Aafrikas on teemandivälju (Namiibia, Ghana, Kongo Demokraatlik Vabariik, Sierra Leone ja Lõuna-Aafrika Vabariik), Ameerika (Brasiilia, Colombia, Venezuela, Guyana, Peruu), Okeaania (Austraalia) ja Aasia (India).

Fulerenos

Need on süsiniku molekulaarsed vormid, mis moodustavad peaaegu sfäärilistes molekulides 60 ja 70 süsinikuaatomiga klastreid, sarnaselt jalgpalli pallidega.

On ka fullereene, mis on väiksemad kui 20 süsinikuaatomit. Mõnede fullereenide vormide hulka kuuluvad süsinik-nanotorud ja süsinikkiud.

Amorfsed vormid

Amorfsetes vormides ei ühenda süsinikuaatomid, moodustades korrapärase ja korrapärase kristalse struktuuri. Selle asemel sisaldavad nad isegi teisi elemente sisaldavaid lisandeid.

Antratsiit

See on vanim metamorfne mineraal kivisüsi (mis pärineb kivide muutmisest temperatuuri, rõhu või vedelike keemilise toime mõjul), kuna selle tekkimine algab primaarsest või paleosooonilisest ajast, süsinikuaeg..

Antratsiit on süsiniku amorfne vorm, millel on selle elemendi suurem sisaldus: vahemikus 86 kuni 95%. See on hallikas-must ja metallist läikiv ning see on raske ja kompaktne.

Üldiselt leidub antratsiit geoloogilise deformatsiooni piirkondades ja moodustab umbes 1% maailma söevarudest.

Geograafiliselt leidub seda Kanadas, USAs, Lõuna-Aafrikas, Prantsusmaal, Suurbritannias, Saksamaal, Venemaal, Hiinas, Austraalias ja Colombias.

Kivisüsi

Tegemist on mineraal- kivisöega, orgaanilise päritoluga settekivimiga, mille moodustumine pärineb paleosoastest ja mesosooilistest ajastutest. Selle süsinikusisaldus on 75–85%.

See on must, seda iseloomustab läbipaistmatus ning matt ja rasvane välimus, kuna sellel on kõrge bituumensisaldusega ainete sisaldus. See moodustub pruunsöe pressimisest paleosooia ajastul, süsinikdioksiidi ja perioodi perioodidel.

See on planeedil kõige rohkem söe vormi. Ameerika Ühendriikides, Suurbritannias, Saksamaal, Venemaal ja Hiinas on suured söekogused.

Pruunsüsi

Tegemist on fossiilse kivisöega, mis on moodustunud tertsiaarses vanuses turbast surve all (kõrge rõhk). Selle süsinikusisaldus on madalam kui kivisöel, 70–80%.

See on vähe kompaktne materjal, murenev (iseloomulik, mis eristab seda teistest mineraalidest), pruun või must. Selle tekstuur on sarnane puidu tekstuurile ja selle süsinikusisaldus on 60-75%..

See on kerge süütega kütus, madala kütteväärtusega ja madalam veesisaldus kui turvas.

Saksamaal, Venemaal, Tšehhi Vabariigis, Itaalias (Veneto piirkonnad, Toscana, Umbria) ja Sardiinias on olulisi ligniidikaevandusi. Hispaanias on ligniidi ladestused Astuuria, Andorra, Zaragoza ja La Coruña.

Turvas

Tegemist on orgaanilise päritoluga materjaliga, mille moodustumine pärineb kvaternaarsest ajastust, mis on palju uuem kui eelmised söed.

See on pruunikas-kollane värv ja see on väikese tihedusega spongymass, kus näete taimede jääke kohast, kust see on pärit.

Erinevalt ülaltoodud söest ei tulene turvas puitmaterjali või puidu karboniseerimisprotsessidest, vaid on moodustunud taimede kogunemisest - peamiselt maitsetaimedest ja samblastest - soostes piirkondades, mida ei ole lõpetatud..

Turvas on suur veesisaldus; sel põhjusel vajab see enne kasutamist kuivatamist ja tihendamist.

Selle süsinikusisaldus on madal (ainult 55%); seetõttu on selle energiasisaldus väike. Põlemisel allutatakse selle tuhkjääk rohkesti ja tekitab palju suitsu.

Tšiilis, Argentiinas (Tierra del Fuego), Hispaanias (Espinosa de Cerrato, Palencia), Saksamaal, Taanis, Hollandis, Venemaal, Prantsusmaal on olulised turbatagused..

Nafta, maagaas ja bituumen

Õli (ladina keelest petrae, mis tähendab "kivi"; ja oleum, mis tähendab "õli": "kiviõli") on paljude orgaaniliste ühendite - enamiku süsivesinike - segu, mis saadakse orgaanilise aine anaeroobse bakterite lagunemisel (hapniku puudumisel)..

See moodustas aluspinnas, sügaval ja eritingimustel nii füüsikalise (kõrge rõhu ja temperatuuri) kui ka keemilise (spetsiifiliste katalüsaatorühendite olemasolu) protsessis, mis võttis aega miljoneid aastaid..

Selle protsessi käigus vabastati C ja H orgaanilistest kudedest ja ühendati uuesti rekombinatsiooniga, moodustades suure hulga süsivesinikke, mis segatakse vastavalt nende omadustele, moodustades maagaasi, õli ja bituumenit.

Planeedi naftaväljad asuvad peamiselt Venezuelas, Saudi Araabias, Iraagis, Iraanis, Kuveidis, Araabia Ühendemiraatides, Venemaal, Liibüas, Nigeerias ja Kanadas..

Venemaal, Iraanis, Venezuelas, Kataris, Ameerika Ühendriikides, Saudi Araabias ja Araabia Ühendemiraatides on maagaasivarud muu hulgas.

Füüsikalised ja keemilised omadused

Süsinikuomaduste hulgas võib mainida järgmist:

Keemiline sümbol

C.

Aatomnumber

6.

Füüsiline olek

Tahke, normaalsetes rõhu ja temperatuuri tingimustes (1 atmosfäär ja 25 ° C) ^°C).

Värv

Hall (grafiit) ja läbipaistev (teemant).

Aatomimass

12,011 g / mol.

Sulamistemperatuur

500 ^°C.

Keemistemperatuur

827 ^°C.

Tihedus

2,62 g / cm³.

Lahustuvus

Vees lahustumatu, süsiniktetrakloriidis lahustuv CCl₄.

Elektrooniline konfiguratsioon

1s² 2s² 2p².

Elektronide arv väliskihis või valentsis

4.

Linkide maht

4.

Katastus

See on võimeline moodustama keemilisi ühendeid pika ahelaga.

Biogeokeemiline tsükkel

Süsinikutsükkel on ringikujuline biogeokeemiline protsess, mille kaudu saab süsinikku vahetada biosfääri, atmosfääri, hüdrosfääri ja maapealse litosfääri vahel.

Teadmised selle tsüklilise süsinikuprotsessi kohta Maa peal võimaldavad demonstreerida inimtegevust selles tsüklis ja selle tagajärgi ülemaailmsele kliimamuutusele.

Süsinik võib ringleda ookeanide ja muude veekogude vahel, samuti litosfääri, pinnase ja aluspinnase vahel, atmosfääris ja biosfääris. Atmosfääris ja hüdrosfääris on süsinikdioksiidina gaasiline₂ (süsinikdioksiid).

Fotosüntees

Süsinikku atmosfääris haaravad ökosüsteemide (fotosünteetilised organismid) maa- ja veeorganismid..

Fotosüntees võimaldab CO-i vahel keemilist reaktsiooni₂ ja vesi, mida vahendavad päikeseenergia ja klorofüll taimedest, et toota süsivesikuid või suhkruid. See protsess muudab lihtsa molekuli madala CO-sisaldusega₂, H₂O ja hapnik O₂, kõrge energia keerukates molekulaarsetes vormides, mis on suhkrud.

Heterotroofsed organismid - mis ei saa fotosünteesi läbi viia ja mis on ökosüsteemide tarbijad - saavad tootjate ja teiste tarbijate toitmisel süsiniku ja energia..

Hingamine ja lagunemine

Hingamine ja lagunemine on bioloogilised protsessid, mis eraldavad süsinikdioksiidi süsinikdioksiidi kujul₂ või CH₄ (anaeroobsel lagunemisel tekkinud metaan, st hapniku puudumisel).

Geoloogilised protsessid

Geoloogiliste protsesside ja aja möödumise tõttu saab anaeroobse lagunemise süsiniku muundada fossiilkütusteks, nagu nafta, maagaas ja kivisüsi. Samuti on süsinik ka teiste mineraalide ja kivimite osa.

Inimese tegevuse sekkumine

Kui inimene kasutab energia saamiseks fossiilkütuste põletamist, pöördub süsinik tagasi atmosfääri suurte koguste CO kujul₂ seda ei saa omistada loodusliku biogeokeemilise süsinikutsükliga.

See CO ületab₂ inimtegevusest tulenev mõju mõjutab negatiivselt süsinikutsükli tasakaalu ja on globaalse soojenemise peamine põhjus.

Kasutamine

Süsiniku ja selle ühendite kasutamine on väga erinev. Kõige silmapaistvamad on järgmised:

Nafta ja maagaas

Süsiniku peamine majanduslik kasutamine on esindatud selle kasutamisel fossiilkütuste süsivesinikuna, nagu näiteks metaangaas ja nafta..

Õli destilleeritakse rafineerimistehastes, et saada mitmeid derivaate, näiteks bensiini, diislikütust, petrooleumi, asfaldi, määrdeaineid, lahusteid ja teisi, mida omakorda kasutatakse naftakeemiatööstuses, mis toodab toorainet plastide, väetiste, ravimite ja värvide tööstusele. , muu hulgas.

Grafiit

Grafiiti kasutatakse järgmistes toimingutes:

- Seda kasutatakse pliiatside valmistamiseks, mis on segatud saviga.

- See on osa tulekindlate telliste ja tiiglite valmistamisest, mis on kuumakindlad.

- Mitmesugustes mehaanilistes seadmetes, nagu seibid, laagrid, kolvid ja tihendid.

- See on suurepärane tahke määrdeaine.

- Tänu oma elektrijuhtivusele ja keemilisele inertsusele kasutatakse seda elektroodide, elektrimootorite süttide tootmisel.

- Seda kasutatakse tuumaelektrijaamade moderaatorina.

Teemant

Diamondil on eriti erakordsed füüsikalised omadused, nagu kõrgem kõvadus ja seni teadaolev soojusjuhtivus.

Need omadused võimaldavad tööstuslikul otstarbel kasutada tööriistu, mida kasutatakse lõikude ja poleerimisvahendite valmistamiseks nende kõrge abrasiivsusega.

Selle optilised omadused - nagu läbipaistvus ja võime purustada valget valgust ja valgust murda - annavad sellele palju rakendusi optilistes seadmetes, näiteks läätsede ja prismade valmistamisel..

Ehtedest tulenev heledus, mis tuleneb selle optilistest omadustest, on ka ehtetööstuses väga hinnatud.

Antratsiit

Antratsiitil on raskusi süttimisega, on aeglane põletamine ja nõuab palju hapnikku. Selle põlemisel tekib vähe sinine värv ja palju soojust.

Mõned aastad tagasi kasutati antratsiiti termoelektrijaamades ja koduseks kütmiseks. Selle kasutamisel on eeliseid, näiteks väikese tuha või tolmu tootmine, väike suits ja aeglane põlemisprotsess.

Tänu oma kõrgetele majanduslikele kuludele ja vähesusele on antratsiit asendatud maagaasiga soojuselektrijaamades ja elektrienergiaga kodudes.

Kivisüsi

Söet kasutatakse toorainena, et saada:

- Koks, terasetehaste kõrgahjude kütus.

- Kreosoot, mis saadakse kivisöest tõrva destillaatide segamisel ja mida kasutatakse ilmastikukindla puidu kaitseks.

- Kresool (keemiliselt metüülfenool), mis on ekstraheeritud kivisöest ja mida kasutatakse desinfektsioonivahendina ja antiseptikuna,

- Muud derivaadid, nagu gaas, tõrv või pigi, ja ühendid, mida kasutatakse parfüümide, insektitsiidide, plastide, värvide, rehvide ja teekatete valmistamiseks, muu hulgas.

Pruunsüsi

Pruunsüsi kujutab endast keskmise kvaliteediga kütust. Jugat, ligniidi erinevaid, iseloomustab väga kompaktne pika karboniseerimisprotsessi ja kõrge rõhu tõttu ning seda kasutatakse ehtedes ja ornamentides..

Turvas

Turba kasutatakse järgmistes tegevustes;

- Taimeliikide kasvuks, toetamiseks ja transportimiseks.

- Orgaanilise väetisena.

- Nagu voodiloomad tallides.

- Madala kvaliteediga kütusena.

Viited

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. ja Price, G. (2017). Keemia3: anorgaanilise, orgaanilise ja füüsikalise keemia tutvustamine. Oxfordi ülikooli ajakirjandus.
2. Deming, A. (2010). Elementide kuningas? Nanotehnoloogia 21 (30): 300201. doi: 10,1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. ja Zandbergen, H. (2004). Grafiidi ülerõhk. Füüsilise ülevaatuse kirjad. 92 (12): 126101. doi: 10,103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. ja Sumiya, H. (2003). Materjalid: Ultrahardi polükristalne teemant grafiidist. Loodus 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Grafiidi sulamistemperatuuri ja vedela süsiniku omaduste mõõtmine (ülevaade 1963-2003). Süsinik. 43 (6): 1115. doi: 10,1116