Doğada bulunan karbon ve nasıl, özellikleri, kullanım alanları

doğada karbon diğer birçok senaryo arasında elmaslarda, yağda ve duvarlarda bulunabilir. Bu kimyasal element periyodik cetvelde altıncı sırada yer alır ve yatay sıra veya periyot 2 ve sütun 14'te bulunur. Metalik değildir ve dört değerlidir; yani, 4 kimyasal elektron bağını veya kovalent bağ kurabilirsiniz.

Karbon, yer kabuğunda en fazla miktarda bulunan elementtir. Bu bolluk, organik bileşiklerin oluşumundaki eşsiz çeşitliliği ve dünyada yaygın olarak bulunan sıcaklıklarda makromoleküller veya polimerler oluşturma konusundaki olağanüstü kabiliyeti, bilinen tüm yaşam formlarının ortak bir unsuru olarak kullanılmasını sağlar..

Karbon, doğada, grafit ve elmas formlarını birleştirmeden kimyasal bir element olarak bulunur. Bununla birlikte, çoğunlukla kalsiyum karbonat (CaCO) gibi kimyasal karbon bileşikleri oluşturmak için birleştirilir.₃) ve petrol ve doğal gazdaki diğer bileşikler.

Ayrıca antrasit, kömür, linyit ve turba gibi çeşitli mineraller oluşturur. Karbonun en büyük önemi, “yaşamın yapı taşı” olarak adlandırılması ve tüm canlı organizmalarda mevcut olmasıdır..

indeks

• 1 Karbon nerede ve hangi biçimde bulunur??
  • 1.1 Kristal şekiller
  • 1.2 Amorf formlar
  • 1.3 Yağ, doğal gaz ve bitüm
• 2 Fiziksel ve kimyasal özellikler
  • 2.1 Kimyasal sembol
  • 2.2 Atom numarası
  • 2.3 Fiziksel durum
  • 2.4 Renk
  • 2.5 Atom kütlesi
  • 2.6 Erime noktası
  • 2.7 Kaynama noktası
  • 2.8 Yoğunluk
  • 2.9 çözünürlük
  • 2.10 Elektronik yapılandırma
  • 2.11 Dış veya değerlik katmanındaki elektron sayısı
  • 2.12 Bağlantı kapasitesi
  • 2.13 Katener
• 3 Biyojeokimyasal döngü
  • 3.1 Fotosentez
  • 3.2 Solunum ve ayrışma
  • 3.3 Jeolojik süreçler
  • 3.4 İnsan aktivitesine müdahale
• 4 Kullanım
  • 4.1 Petrol ve doğal gaz
  • 4.2 Grafit
  • 4.3 Elmas
  • 4.4 Antrasit
  • 4.5 Sert kömür
  • 4.6 Linyit
  • 4.7 Turba
• 5 Kaynakça

Karbon nerede bulunur ve hangi biçimde?

Tüm yaşam formlarında ortak olan kimyasal bileşen olmasının yanı sıra, doğada bulunan karbon üç kristal formda bulunur: elmas, grafit ve fulleren.

Ayrıca birkaç amorf maden formu (antrasit, linyit, kömür, turba), sıvı form (yağ çeşitleri) ve soda (doğal gaz) vardır..

Kristal şekiller

Kristalin formlarında, karbon atomları geometrik uzamsal düzenlemeyle sıralı desenler oluşturarak birleştirir.

grafit

Parlaklığı veya metalik parlaklığı olan ve sıcağa dayanıklı (refrakter) siyah renkli yumuşak bir katıdır. Kristal yapısı, altıgen halkalarda birleştirilmiş karbonları bir araya getirerek sırayla bir araya tabakalar oluşturur..

Grafit yatakları nadirdir ve Çin, Hindistan, Brezilya, Kuzey Kore ve Kanada'da bulunmuştur..

elmas

Çok sert bir katıdır, ışığın geçişine karşı saydamdır ve grafitten çok daha yoğundur: elmasın yoğunluğunun değeri, grafitinkinin neredeyse iki katı kadardır..

Elmastaki karbon atomları tetrahedral geometride birleşir. Aynı şekilde, elmas çok yüksek sıcaklık ve basınç koşullarına maruz kalan grafitten oluşur (3000 ^°C ve 100 000 atm).

Elmasların çoğu mantoda 140 ila 190 km arasında bulunmaktadır. Derin volkanik püskürmeler sayesinde magma onları yüzeye yakın mesafelere taşıyabilir.

Afrika'da (Namibya, Gana, Kongo Demokratik Cumhuriyeti, Sierra Leone ve Güney Afrika), Amerika'da (Brezilya, Kolombiya, Venezuela, Guyana, Peru), Okyanusya (Avustralya) ve Asya'da (Hindistan) elmas tarlaları vardır..

fulleren

Futbol toplarına benzer şekilde neredeyse küresel moleküllerde 60 ve 70 karbon atomlu kümeler oluşturan moleküler karbon formlarıdır..

Ayrıca 20 karbon atomundan daha küçük fullerenler de vardır. Bazı fullerenler formları karbon nanotüpleri ve karbon liflerini içerir.

Amorf formlar

Şekilsiz formlarda karbon atomları birleşmez, düzenli ve düzenli bir kristal yapı oluşturur. Bunun yerine, diğer elementlerden safsızlıklar bile içeriyorlar.

antrasit

En eski metamorfik mineral kömürüdür (kayaların sıcaklık, basınç ya da sıvıların kimyasal etkisine göre değişmesinden dolayı), oluşumu birincil ya da Paleozoik dönem, Carboniferous dönemine ait olduğu için.

Antrasit, bu elementin daha yüksek içeriğine sahip olan amorf karbon formudur:% 86 ile 95 arasında. Gri-siyah ve metalik parlaklıkta, ağır ve kompakt.

Genel olarak, antrasit jeolojik deformasyon alanlarında bulunur ve dünyadaki kömür rezervlerinin yaklaşık% 1'ini oluşturur.

Coğrafi olarak Kanada, ABD, Güney Afrika, Fransa, İngiltere, Almanya, Rusya, Çin, Avustralya ve Kolombiya'da bulunur..

Sert kömür

Paleozoik ve Mesozoyik dönemlerinden kalma, mineral kökenli, organik kökenli tortul bir kayadır. % 75 ile 85 arasında bir karbon içeriğine sahiptir.

Siyah, opak olması ve yüksek bitüm içerikli içeriğe sahip olması nedeniyle mat ve yağlı bir görünüme sahip olması ile karakterize edilir. Paleozoik çağda linyitin Karbonifer ve Permiyen dönemlerinde sıkıştırılmasıyla oluşur..

Gezegendeki en bol kömür türüdür. ABD, İngiltere, Almanya, Rusya ve Çin'de büyük kömür yatakları var.

linyit

Üçüncül çağda turbadan sıkıştırmayla oluşan (yüksek basınçlar) fosil mineral bir kömürdür. Kömürden daha düşük karbon içeriğine,% 70 ile 80 arasında.

Kahverengi veya siyah, ufalanan küçük bir kompakt malzemedir (onu diğer karbon minerallerinden ayıran karakteristik). Dokusu ahşaba benzer ve karbon içeriği% 60 - 75 arasındadır.

Düşük kalorifik değeri ve turbadan daha düşük su içeriği ile kolay tutuşabilen bir yakıttır..

Almanya, Rusya, Çek Cumhuriyeti, İtalya (Veneto bölgeleri, Toskana, Umbria) ve Sardunya'da önemli linyit madenleri bulunmaktadır. İspanya'da linyit yatakları Asturias, Andorra, Zaragoza ve La Coruña'dadır..

turba

Kuvaterner döneminden oluşmuş, önceki kömürlerden çok daha yakın bir zamanda ortaya çıkan organik kökenli bir malzemedir..

Kahverengimsi sarı renktedir ve bitkinin oluştuğu yerden kaldığını görebileceğiniz düşük yoğunluklu süngerimsi bir kütle olarak görünür..

Yukarıda belirtilen kömürlerin aksine, torf odunsu malzemenin veya odun kömürleşme işlemlerinden gelmez, ancak bitmemiş bir karbonizasyon süreci ile bataklık alanlardaki bitki ve bitkilerin - çoğunlukla bitkilerin biriktirilmesiyle oluşur..

Turba yüksek su içeriğine sahiptir; bu nedenle kullanımdan önce kurutma ve sıkıştırma gerektirir.

Düşük karbon içeriğine sahiptir (sadece% 55); bu nedenle, düşük bir enerji değerine sahiptir. Yanmaya maruz kaldığında kül kalıntısı boldur ve çok fazla duman yayar..

Şili, Arjantin (Tierra del Fuego), İspanya (Espinosa de Cerrato, Palencia), Almanya, Danimarka, Hollanda, Rusya, Fransa'da önemli torf yatakları var.

Yağ, doğal gaz ve bitüm

Petrol (Latince Petrae, "taş" anlamına gelir; ve oleum, yani "yağ": "kaya yağı"), organik maddenin anaerobik bakteriyel ayrışması (oksijenin yokluğunda) tarafından üretilen çoğu organik bileşiğin - çoğu hidrokarbonun - bir karışımıdır.

Milyonlarca yıl süren bir süreçte, toprak altında, büyük derinliklerde ve hem fiziksel (yüksek basınçlar ve sıcaklıklar) hem de kimyasal (spesifik katalizör bileşiklerinin varlığı) içinde özel koşullar altında oluşmuştur..

Bu işlem sırasında C ve H organik dokulardan salındı ​​ve özelliklerine göre karıştırılan, doğal gaz, yağ ve bitüm oluşturan çok sayıda hidrokarbon oluşturmak üzere yeniden birleştirmeye katıldı.

Gezegenin petrol sahaları daha çok Venezuela, Suudi Arabistan, Irak, İran, Kuveyt, Birleşik Arap Emirlikleri, Rusya, Libya, Nijerya ve Kanada’da bulunuyor..

Diğerlerinin yanı sıra Rusya, İran, Venezuela, Katar, ABD, Suudi Arabistan ve Birleşik Arap Emirlikleri'nde doğal gaz rezervleri var..

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Karbon özellikleri arasında aşağıdakilerden bahsedebiliriz:

Kimyasal sembol

C.

Atom numarası

6.

Fiziksel durum

Katı, normal basınç ve sıcaklık koşulları altında (1 atmosfer ve 25 ^°C).

renk

Gri (grafit) ve saydam (elmas).

Atom kütlesi

12.011 g / mol.

Erime noktası

500 ^°C.

Kaynama noktası

827 ^°C.

yoğunluk

2.62 g / cm³.

çözünürlük

Suda çözünmez, karbon tetraklorür CCl içinde çözünür₄.

Elektronik yapılandırma

1s² 2s² 2p².

Dış katmandaki veya değerindeki elektron sayısı

4.

Bağlantı kapasitesi

4.

Catenation

Uzun zincirlerde kimyasal bileşik oluşturma yeteneğine sahiptir..

Biyojeokimyasal döngü

Karbon döngüsü, karbonun biyosfer, atmosfer, hidrosfer ve karasal litofos arasında değiştirilebildiği dairesel bir biyojeokimyasal süreçtir..

Dünyadaki bu döngüsel karbon sürecinin bilgisi, bu döngüdeki insan eylemini ve bunun küresel iklim değişikliği üzerindeki sonuçlarını göstermeyi mümkün kılar..

Karbon, okyanuslar ve diğer su kütleleri arasında, ayrıca litofos, toprakta ve toprakta, atmosferde ve biyosferde dolaşabilir. Atmosferde ve hidrosferde, karbon CO şeklinde gaz halinde bulunur₂ (karbondioksit).

fotosentez

Atmosferdeki karbon, ekosistemlerin karasal ve sudaki organizmaları tarafından yakalanır (fotosentetik organizmalar).

Fotosentez, CO arasında bir kimyasal reaksiyon oluşmasını sağlar₂ ve karbonhidratlar veya şekerler üretmek için güneş enerjisi ve bitkilerden klorofilin aracılık ettiği su. Bu işlem, düşük CO enerji içeriğine sahip basit molekülleri dönüştürür₂, 'H₂O ve oksijen O₂, şeker olan yüksek enerjili kompleks moleküler formlarda.

Fotosentezi gerçekleştiremeyen ve ekosistemdeki tüketiciler olan heterotrofik organizmalar - üreticilerin ve diğer tüketicilerin beslenmesinde karbon ve enerji elde eder.

Solunum ve ayrışma

Solunum ve ayrışma, karbonu çevreye CO şeklinde salgılayan biyolojik süreçlerdir.₂ veya CH₄ (Anaerobik ayrışmada, yani oksijen yokluğunda üretilen metan).

Jeolojik süreçler

Jeolojik süreçler ve zamanın bir sonucu olarak, anaerobik ayrışmanın karbonu, petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil yakıtlara dönüştürülebilir. Aynı şekilde, karbon aynı zamanda diğer mineral ve kayaların bir parçasıdır..

İnsan aktivitesinin girişimi

İnsan fosil yakıtların yanmasını enerji olarak kullandığında, karbon atmosfere büyük miktarlarda CO şeklinde geri döner.₂ karbonun doğal biyojeokimyasal döngüsü ile özümsenemez.

Bu aşırı CO₂ İnsan faaliyetinin ürettiği karbon döngüsünün dengesini olumsuz yönde etkiliyor ve küresel ısınmanın ana nedeni.

uygulamaları

Karbon ve bileşiklerinin kullanımları son derece çeşitlidir. Aşağıdakiler ile en göze çarpan:

Yağ ve doğal gaz

Karbonun temel ekonomik kullanımı, metan gazı ve petrol gibi fosil yakıtlı bir hidrokarbon olarak kullanımında temsil edilmektedir..

Petrol, rafinerilerde, benzin, dizel, kerosen, asfalt, yağlayıcılar, çözücüler ve diğerleri gibi çoklu türevler elde etmek üzere damıtılır ve bunlar plastikler, gübreler, ilaç ve boya endüstrileri için hammadde üreten petrokimya endüstrisinde kullanılır. , diğerleri arasında.

grafit

Grafit aşağıdaki işlemlerde kullanılır:

- Kil ile karışık kurşun kalem üretiminde kullanılır..

- Isıya dayanıklı refrakter tuğla ve pota imalatının bir parçasıdır..

- Yıkayıcılar, rulmanlar, pistonlar ve contalar gibi çeşitli mekanik cihazlarda.

- Mükemmel bir katı yağlayıcıdır.

- Elektriksel iletkenliği ve kimyasal etkisizliği nedeniyle, elektrotların, elektrik motoru kömürlerinin imalatında kullanılır..

- Nükleer santrallerde moderatör olarak kullanılır..

elmas

Diamond, şimdiye kadar bilinen yüksek sertlik derecesi ve termal iletkenlik gibi olağanüstü fiziksel özelliklere sahiptir..

Bu özellikler endüstriyel uygulamalara, yüksek aşındırıcılığından dolayı kesme ve parlatma aletleri yapmak için kullanılan aletlerde kullanılır.

Şeffaflığı ve beyaz ışığı parçalama ve ışığı kırma kabiliyeti gibi optik özellikleri, lens ve prizma üretimi gibi optik aletlerde birçok uygulama sunar.

Optik özelliklerinden elde edilen karakteristik parlaklık kuyumculuk endüstrisinde de çok beğenilmektedir..

antrasit

Antrasitin tutuşması güçtür, yavaş yanar ve çok fazla oksijen gerektirir. Yanması az soluk mavi renkte alev ve çok fazla ısı emisyonu üretir.

Birkaç yıl önce, termoelektrik tesislerinde ve evsel ısıtmada antrasit kullanıldı. Kullanımı az kül veya toz üretimi, az duman ve yavaş yanma gibi avantajlara sahiptir..

Yüksek ekonomik maliyeti ve kıtlığı nedeniyle, antrasit yerine termoelektrik santrallerde doğalgaz ve evlerde elektrik gücü uygulanmıştır..

Sert kömür

Kömür elde etmek için hammadde olarak kullanılır:

- Kok, çelik fabrikalarındaki yüksek fırınlardan çıkan yakıt.

- Katran distilatlarının sert kömürden karıştırılmasıyla elde edilen ve havaya maruz kalan ahşaplarda koruyucu bir sızdırmazlık maddesi olarak kullanılan kreozot.

- Kömürden çıkarılan ve dezenfektan ve antiseptik olarak kullanılan Cresol (kimyasal olarak metilfenol),

- Gaz, katran veya zift gibi diğer türevler ve diğerlerinin yanı sıra parfüm, böcek öldürücü, plastik, boya, lastik ve yol kaplamaları imalatında kullanılan bileşikler.

linyit

Linyit orta kalitede bir yakıtı temsil eder. Linyit çeşitliliği olan jet, uzun karbonizasyon süreci ve yüksek basınçlarla çok kompakt olmasıyla karakterize edilir ve takı ve süslemede kullanılır..

turba

Turba aşağıdaki faaliyetlerde kullanılır;

- Bitki türlerinin büyümesi, desteklenmesi ve taşınması için.

- Organik bir gübre olarak.

- Ahırlarda hayvan yatağı olarak.

- Düşük kaliteli bir yakıt olarak.

referanslar

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. ve Price, G. (2017). Kimya3: İnorganik, Organik ve Fiziksel Kimyaya Giriş. Oxford Üniversitesi Yayınları.
2. Deming, A. (2010). Elementlerin kralı? Nanoteknoloji. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. ve Zandbergen, H. (2004). Grafitin Süper Akışkanlığı. Fiziksel İnceleme Mektupları. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. ve Sumiya, H. (2003). Malzemeler: Grafitten ultrahard polikristalin elmas. Doğa. 421 (6923): 599-600 sayılı belge. DOI: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Grafitin erime noktasının ve sıvı karbonun özelliklerinin ölçümü (1963-2003 için bir derleme). Karbon. 43 (6): 1115, doi: 10.1016