Jedným z najúžasnejších prvkov, ktoré môžu vytvárať obrovské množstvo zlúčenín organickej a anorganickej povahy, je uhlík. Tento prvok je vo svojich vlastnostiach taký nezvyčajný, že aj Mendelejev mu predpovedal veľkú budúcnosť, keď hovoríme o vlastnostiach, ktoré ešte neboli zverejnené.
Neskôr sa to prakticky potvrdilo. Zistilo sa, že ide o hlavný biogénny prvok našej planéty, ktorý je súčasťou absolútne všetkých živých bytostí. Okrem toho môže existovať vo formách, ktoré sú radikálne odlišné vo všetkých ohľadoch, ale zároveň pozostávajú iba z atómov uhlíka.
Vo všeobecnosti má táto štruktúra veľa funkcií a pokúsime sa s nimi vysporiadať v priebehu článku.
Uhlík: vzorec a postavenie v sústave prvkov
V periodickom systéme sa prvok uhlík nachádza v IV (podľa nového modelu v 14) skupine, hlavnej podskupine. Jeho atómové číslo je 6 a jeho atómová hmotnosť je 12,011. Označenie prvku znakom C označuje jeho názov v latinčine – carboneum. Existuje niekoľko rôznych foriem, v ktorých uhlík existuje. Preto je jeho vzorec odlišný a závisí od konkrétnej úpravy.
Pre písanie reakčných rovníc však samozrejme existuje špecifické označenie. Vo všeobecnosti, keď hovoríme o látke v jej čistej forme, molekulárny vzorec uhlíka C sa prijíma bez indexovania.
História objavovania prvkov
Sám o sebe je tento prvok známy už od staroveku. Koniec koncov, jedným z najdôležitejších minerálov v prírode je uhlie. Preto pre starých Grékov, Rimanov a iné národnosti nebol tajomstvom.
Okrem tejto odrody sa používali aj diamanty a grafit. S posledným z nich bolo dlho veľa mätúcich situácií, pretože často bez analýzy zloženia boli pre grafit brané také zlúčeniny, ako napríklad:
- strieborné olovo;
- karbid železa;
- sulfid molybdénový.
Všetky boli natreté čiernou farbou, a preto boli považované za grafitové. Neskôr sa toto nedorozumenie vyjasnilo a táto forma uhlíka sa stala sama sebou.
Od roku 1725 získali diamanty veľký komerčný význam a v roku 1970 bola zvládnutá technológia ich umelého získavania. Od roku 1779 sa vďaka práci Karla Scheeleho skúmali chemické vlastnosti uhlíka. To bol začiatok množstva dôležitých objavov v oblasti tohto prvku a stal sa základom pre objasnenie všetkých jeho najunikátnejších vlastností.
Izotopy uhlíka a distribúcia v prírode
Napriek tomu, že uvažovaný prvok patrí medzi najvýznamnejšie biogénne, jeho celkový obsah v hmote zemskej kôry je 0,15 %. Je to spôsobené tým, že je vystavený neustálemu obehu, prirodzenému kolobehu v prírode.
Vo všeobecnosti existuje niekoľko minerálnych zlúčenín, ktoré obsahujú uhlík. Ide o také prirodzené plemená ako:
- dolomity a vápence;
- antracit;
- roponosná bridlica;
- zemný plyn;
- uhlie;
- olej;
- hnedé uhlie;
- rašelina;
- bitúmen.
Okrem toho netreba zabúdať ani na živé bytosti, ktoré sú len úložiskom zlúčenín uhlíka. Koniec koncov, tvorili bielkoviny, tuky, sacharidy, nukleové kyseliny, čo znamená najdôležitejšie štruktúrne molekuly. Vo všeobecnosti pri prepočte suchej telesnej hmotnosti zo 70 kg pripadá 15 na čistý prvok. A tak je to s každým človekom, nehovoriac o zvieratách, rastlinách a iných tvoroch.
Ak vezmeme do úvahy aj vodu, teda hydrosféru ako celok a atmosféru, potom existuje zmes uhlík-kyslík vyjadrená vzorcom CO 2 . Dioxid alebo oxid uhličitý je jedným z hlavných plynov, ktoré tvoria vzduch. V tejto forme je hmotnostný zlomok uhlíka 0,046%. Ešte viac oxidu uhličitého sa rozpustí vo vodách oceánov.
Atómová hmotnosť uhlíka ako prvku je 12,011. Je známe, že táto hodnota sa vypočíta ako aritmetický priemer medzi atómovými hmotnosťami všetkých izotopových druhov, ktoré existujú v prírode, berúc do úvahy ich početnosť (v percentách). To je aj prípad predmetnej látky. Existujú tri hlavné izotopy, v ktorých sa uhlík nachádza. Toto je:
- 12 C - jeho hmotnostný zlomok je v prevažnej väčšine 98,93 %;
- 13C - 1,07 %;
- 14 C - rádioaktívny, polčas rozpadu 5700 rokov, stabilný beta žiarič.
V praxi určovania geochronologického veku vzoriek je široko používaný rádioaktívny izotop 14 C, ktorý je indikátorom kvôli dlhej dobe rozpadu.
Alotropické modifikácie prvku
Uhlík je prvok, ktorý existuje ako jednoduchá látka v niekoľkých formách. To znamená, že je schopný vytvoriť najväčší počet dnes známych alotropných modifikácií.
1. Kryštalické variácie – existujú vo forme silných štruktúr s pravidelnými mriežkami atómového typu. Táto skupina zahŕňa odrody ako:
- diamanty;
- fullerény;
- grafity;
- karabíny;
- lonsdaleity;
- a rúrky.
Všetky sa líšia v mriežkach, v ktorých uzloch je atóm uhlíka. Preto úplne jedinečné, nie podobné vlastnosti, fyzikálne aj chemické.
2. Amorfné formy - sú tvorené atómom uhlíka, ktorý je súčasťou niektorých prírodných zlúčenín. To znamená, že nejde o čisté odrody, ale s nečistotami iných prvkov v malých množstvách. Táto skupina zahŕňa:
- Aktívne uhlie;
- kameň a drevo;
- sadze;
- uhlíková nanopena;
- antracit;
- sklovitý uhlík;
- technický druh látky.
Spájajú ich aj štruktúrne znaky kryštálovej mriežky, ktoré vysvetľujú a prejavujú vlastnosti.
3. Zlúčeniny uhlíka vo forme zhlukov. Takáto štruktúra, v ktorej sú atómy zvnútra uzavreté v špeciálnej konformačnej dutine, naplnenej vodou alebo jadrami iných prvkov. Príklady:
- uhlíkové nanokuóny;
- astralény;
- dvojuhlík.
Fyzikálne vlastnosti amorfného uhlíka
Kvôli širokej škále alotropných modifikácií je ťažké identifikovať akékoľvek spoločné fyzikálne vlastnosti uhlíka. Je ľahšie hovoriť o konkrétnej forme. Napríklad amorfný uhlík má nasledujúce vlastnosti.
- V srdci všetkých foriem sú jemnozrnné odrody grafitu.
- Vysoká tepelná kapacita.
- Dobré vodivé vlastnosti.
- Hustota uhlíka je asi 2 g/cm3.
- Pri zahriatí nad 1600 0 C dochádza k prechodu do grafitových foriem.
Sadze a kamenné odrody sa široko používajú na inžinierske účely. Nie sú prejavom modifikácie uhlíka v jeho čistej forme, ale obsahujú ho vo veľmi veľkých množstvách.
Kryštalický uhlík
Existuje niekoľko možností, v ktorých je uhlík látkou, ktorá tvorí pravidelné kryštály rôznych typov, kde sú atómy zapojené do série. V dôsledku toho sa vytvoria nasledujúce modifikácie.
- - kubický, v ktorom sú spojené štyri štvorsteny. Výsledkom je, že všetky kovalentné chemické väzby každého atómu sú maximálne nasýtené a silné. To vysvetľuje fyzikálne vlastnosti: hustota uhlíka je 3300 kg/m 3 . Vysoká tvrdosť, nízka tepelná kapacita, nedostatok elektrickej vodivosti - to všetko je výsledkom štruktúry kryštálovej mriežky. Existujú technicky získané diamanty. Vznikajú pri prechode grafitu na ďalšiu modifikáciu vplyvom vysokej teploty a určitého tlaku. Vo všeobecnosti je taká vysoká ako pevnosť - asi 3500 0 С.
- Grafit. Atómy sú usporiadané podobne ako štruktúra predchádzajúcej látky, sú však nasýtené iba tri väzby a štvrtá sa stáva dlhšou a menej pevnou, spája „vrstvy“ šesťuholníkových kruhov mriežky. V dôsledku toho sa ukazuje, že grafit je na dotyk jemná, mastná čierna látka. Má dobrú elektrickú vodivosť a má vysoký bod topenia - 3525 0 С. Je schopný sublimácie - sublimácie z pevného skupenstva do plynného skupenstva, pričom obchádza kvapalný stav (pri teplote 3700 0 С). Hustota uhlíka je 2,26 g/cm3, čo je oveľa menej ako hustota diamantu. To vysvetľuje ich rozdielne vlastnosti. Vďaka vrstvenej štruktúre kryštálovej mriežky je možné použiť grafit na výrobu ceruziek. Pri prenášaní cez papier sa šupiny odlepia a zanechajú na papieri čiernu stopu.
- fulerény. Otvorené boli až v 80. rokoch minulého storočia. Sú to modifikácie, v ktorých sú uhlíky prepojené do špeciálnej konvexnej uzavretej štruktúry s dutinou v strede. A forma kryštálu - mnohosten, správna organizácia. Počet atómov je párny. Najznámejšia forma fullerénu C 60 . Počas výskumu sa našli vzorky podobnej látky:
- meteority;
- spodné sedimenty;
- folgurity;
- šungity;
- kozmického priestoru, kde boli obsiahnuté vo forme plynov.
Všetky odrody kryštalického uhlíka majú veľký praktický význam, pretože majú množstvo technicky užitočných vlastností.
Chemická aktivita
Molekulový uhlík vykazuje nízku reaktivitu vďaka svojej stabilnej konfigurácii. Môže byť prinútený vstúpiť do reakcií iba odovzdaním ďalšej energie atómu a prinútením elektrónov vonkajšej úrovne, aby sa odparili. V tomto bode sa valencia stáva 4. Preto v zlúčeninách má oxidačný stav + 2, + 4, - 4.
Takmer všetky reakcie s jednoduchými látkami, kovmi aj nekovmi, prebiehajú pod vplyvom vysokých teplôt. Príslušným prvkom môže byť tak oxidačné činidlo, ako aj redukčné činidlo. Posledne menované vlastnosti sú v ňom však obzvlášť výrazné a práve na tom je založené jeho využitie v hutníckom a inom priemysle.
Vo všeobecnosti schopnosť vstúpiť do chemickej interakcie závisí od troch faktorov:
- disperzia uhlíka;
- alotropická modifikácia;
- reakčná teplota.
V niektorých prípadoch teda dochádza k interakcii s nasledujúcimi látkami:
- nekovy (vodík, kyslík);
- kovy (hliník, železo, vápnik a iné);
- oxidy kovov a ich soli.
Nereaguje s kyselinami a zásadami, veľmi zriedkavo s halogénmi. Najdôležitejšou z vlastností uhlíka je schopnosť vytvárať medzi sebou dlhé reťazce. Môžu sa uzatvárať v cykle, vytvárať vetvy. Takto vznikajú organické zlúčeniny, ktoré sa dnes počítajú na milióny. Základom týchto zlúčenín sú dva prvky - uhlík, vodík. V kompozícii môžu byť zahrnuté aj ďalšie atómy: kyslík, dusík, síra, halogény, fosfor, kovy a iné.
Základné zlúčeniny a ich charakteristika
Existuje mnoho rôznych zlúčenín, ktoré obsahujú uhlík. Vzorec najznámejšieho z nich je CO 2 - oxid uhličitý. Okrem tohto oxidu však existuje aj CO - monoxid alebo oxid uhoľnatý, ako aj suboxid C 3 O 2.
Medzi soľami, ktoré obsahujú tento prvok, sú najčastejšie uhličitany vápenaté a horečnaté. Uhličitan vápenatý má teda v názve niekoľko synoným, keďže sa v prírode vyskytuje vo forme:
- krieda;
- mramor;
- vápenec;
- dolomit.
Význam uhličitanov kovov alkalických zemín sa prejavuje v tom, že sú aktívnymi účastníkmi procesov tvorby stalaktitov a stalagmitov, ako aj podzemných vôd.
Kyselina uhličitá je ďalšou zlúčeninou, ktorá tvorí uhlík. Jeho vzorec je H2CO3. Vo svojej obvyklej forme je však mimoriadne nestabilný a v roztoku sa okamžite rozkladá na oxid uhličitý a vodu. Preto sú ako roztok známe iba jeho soli a nie samotné.
Halogenidy uhlíka - sa získavajú hlavne nepriamo, keďže k priamej syntéze dochádza len pri veľmi vysokých teplotách a s nízkym výťažkom produktu. Jeden z najbežnejších - CCL 4 - tetrachlórmetán. Toxická zlúčenina, ktorá pri vdýchnutí môže spôsobiť otravu. Získava sa radikálnymi fotochemickými substitučnými reakciami v metáne.
Karbidy kovov sú zlúčeniny uhlíka, v ktorých vykazuje oxidačný stav 4. Možné sú aj asociácie s bórom a kremíkom. Hlavnou vlastnosťou karbidov niektorých kovov (hliník, volfrám, titán, niób, tantal, hafnium) je vysoká pevnosť a vynikajúca elektrická vodivosť. Karbid bóru B 4 C je po diamante jednou z najtvrdších látok (9,5 podľa Mohsa). Tieto zlúčeniny sa využívajú v strojárstve, ale aj v chemickom priemysle ako zdroje na výrobu uhľovodíkov (karbid vápnika s vodou vedie k tvorbe acetylénu a hydroxidu vápenatého).
Mnohé zliatiny kovov sa vyrábajú s použitím uhlíka, čím sa výrazne zvyšuje ich kvalita a technické vlastnosti (oceľ je zliatina železa a uhlíka).
Osobitnú pozornosť si zasluhujú mnohé organické zlúčeniny uhlíka, v ktorých je uhlík základným prvkom schopným spájať sa s rovnakými atómami do dlhých reťazcov rôznych štruktúr. Tie obsahujú:
- alkány;
- alkény;
- arény;
- proteíny;
- uhľohydráty;
- nukleové kyseliny;
- alkoholy;
- karboxylové kyseliny a mnohé ďalšie triedy látok.
Aplikácia uhlíka
Význam zlúčenín uhlíka a ich alotropných modifikácií v živote človeka je veľmi vysoký. Môžete vymenovať niekoľko najglobálnejších odvetví, aby bolo jasné, že je to pravda.
- Tento prvok tvorí všetky druhy organického paliva, z ktorého človek získava energiu.
- Hutnícky priemysel využíva uhlík ako najsilnejšie redukčné činidlo na získavanie kovov z ich zlúčenín. Vo veľkej miere sa tu používajú aj uhličitany.
- Stavebníctvo a chemický priemysel spotrebúvajú obrovské množstvo zlúčenín uhlíka na syntézu nových látok a získavanie potrebných produktov.
Môžete tiež pomenovať také odvetvia hospodárstva ako:
- jadrový priemysel;
- obchod so šperkami;
- technické vybavenie (mazivá, tepelne odolné tégliky, ceruzky atď.);
- určenie geologického veku hornín - rádioaktívny indikátor 14 C;
- uhlík je vynikajúci adsorbent, čo umožňuje jeho použitie na výrobu filtrov.
Cyklistika v prírode
Množstvo uhlíka, ktoré sa nachádza v prírode, je súčasťou neustáleho cyklu, ktorý sa každú sekundu otáča okolo zemegule. Atmosférický zdroj uhlíka - CO 2 - je teda absorbovaný rastlinami a uvoľňovaný všetkými živými bytosťami v procese dýchania. Keď sa dostane do atmosféry, opäť sa absorbuje, a tak sa kolobeh nezastaví. Odumieranie organických zvyškov zároveň vedie k uvoľňovaniu uhlíka a jeho hromadeniu v zemi, odkiaľ je potom opäť absorbovaný živými organizmami a uvoľnený do atmosféry vo forme plynu.
organický uhlík
(a. organický uhlík; n. organischer Kohlenstoff; f. organický uhlík; a carbono organico) – ktorý je súčasťou organického. látky atmosféry, hydrosféry a rohoviny. plemená. Má biogénny charakter. Macca Corg v zemskej kôre dosahuje 7 * 10 15 ton, vr. v sedimentárnych horninách - 5 * 10 15 t. a coulometrická (automatické analyzátory). Počas katagenézy klesá obsah Corg v horninách (o 30-40% do konca apokatagenézy) a jeho podiel v organickej hmote. látka sa zvyšuje (zo 70 % v štádiu protokatagenézy na 80 % pri mezokatagenéze a 90 % pri apokatagenéze). V grafite a grafitizované organické. látky, dosahuje 99 %. V rámci jedného štádia katagenézy je obsah C v zložení organických. látky a hodnota parametra H / C at slúžia ako ukazovatele typu organických. látok v rovnakom type organických. látka - úroveň jej zrelosti. Množstvo korgu je dôležitým ukazovateľom potenciálu hornín ako zdroja ropy a plynu. Ako súčasť koncentrovaného organického in-va O. y, obsiahnutých v množstve 85-87% (v olejoch), 58-90% (v uhlí). Počet O. r. v uhlí je jedným z ukazovateľov stupňa ich metamorfózy. E. C. Larskaya.
Horská encyklopédia. - M.: Sovietska encyklopédia. Spracoval E. A. Kozlovský. 1984-1991 .
Pozrite sa, čo je „Organický uhlík“ v iných slovníkoch:
organický uhlík- Uhlík, ktorý je súčasťou organických zlúčenín Zdroj: GOST 23740 79: Pôdy. Laboratórne metódy na stanovenie obsahu organických látok ...
organický uhlík- — EN organický uhlík Uhlík, ktorý pochádza zo zvieraťa alebo rastliny. (Zdroj: PHC) Témy ochrana životného prostredia EN organická… … Technická príručka prekladateľa
rozpustený organický uhlík- 3,4 rozpusteného organického uhlíka; DOC: Uhlík prítomný vo vode vo forme organických zlúčenín, ktoré pri filtrácii prechádzajú cez 0,45 µm membránový filter. Zdroj: GOST R 52991 2008: Voda. Metódy na určenie ...... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie
celkový organický uhlík- 3,3 celkového organického uhlíka; TOC: Uhlík prítomný vo vode vo forme organických zlúčenín v rozpustenom a nerozpustenom stave. Zdroj: GOST R 52991 2008: Voda. Metódy stanovenia obsahu celkových a rozpustených organických ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie
celkový organický uhlík, TOC- 3,3 celkový organický uhlík TOC uhlík prítomný vo vode vo forme organických zlúčenín v rozpustenom a nerozpustnom stave. Zdroj: GOST 31958 2012: Voda. Metódy určovania obsahu všeobecných a ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie
rozpustený organický uhlík (DOC)- 3,11 rozpusteného organického uhlíka (DOC) uhlíka prítomného vo vode vo forme organických zlúčenín prechádzajúceho cez membránový filter s priemerom pórov 0,45 µm pri filtrácii.
Scott Steggenborg, Kansas State University, USA
Uhlík je hlavným konštrukčným prvkom všetkých živých vecí. Uhlík je prítomný v atmosfére, rastlinných a živočíšnych tkanivách, neživej organickej hmote, fosílnych palivách, horninách a je rozpustený vo vodách oceánov. V raste rastlín a vlastne v našom živote nie je jeho prítomnosť posledná. Všetko začína od koreňa, a ak rastie v pôde s nedostatkom uhlíka, tak treba situáciu zvlášť kontrolovať, inak... Všetko ovplyvňuje množstvo uhlíka v pôde, dokonca aj obrábanie pôdy.
Organický uhlík v pôde
Prechod molekúl uhlíka z jednej formy do druhej je známy ako uhlíkový cyklus (obr. 1). Rastliny získavajú uhlík z atmosféry, ktorá sa podieľa na procese fotosyntézy. Pomocou energie slnka a oxidu uhličitého (CO2) z atmosféry rastliny premieňajú CO2 na organický uhlík, ktorý podporuje rast stoniek, listov a koreňov. Výsledkom životného cyklu a úhynu rastlín je hromadenie a rozklad rastlinného tkaniva ako na povrchu pôdy, tak aj pod ňou (korene rastlín) a produkcia značného množstva pôdneho organického uhlíka.
Pôdy sa líšia množstvom pôdneho organického uhlíka v nich, rozsah variácií je od menej ako 1 % v piesočnatých pôdach po viac ako 20 % v podmáčaných pôdach. Prirodzená úroveň pôdneho organického uhlíka v pôdach Kansasu sa pohybuje medzi 1-4%. Dnes má väčšina obrábanej pôdy v Kansase obsah organického uhlíka 0,5 – 2 %.
Obr. 1. Moderný uhlíkový cyklus. Všetky údaje sú vyjadrené v gigatónoch a gigatónoch za rok.
V Kansase prispeli stepné trávy k vytvoreniu hrubej úrodnej vrstvy pôdy. Korene týchto a iných druhov obilnín sú vláknité. Môžu preniknúť do veľkých hĺbok a produkovať veľkú časť biomasy pod zemou. V dôsledku toho sa vysoké úrovne organického uhlíka v pôdach pod prírodnými trávnatými porastmi vyskytujú v hĺbkach až niekoľkých centimetrov. Čierna farba spojená s úrodnosťou pôdy je indikátorom obsahu organického uhlíka. So znižovaním obsahu organického uhlíka sa farba pôdy stáva svetlejšou a odráža jej minerálne zloženie. Červená farba pôd v juhovýchodnom Kansase a severovýchodnej Oklahome je teda indikátorom vyššej koncentrácie železa a nižšieho obsahu uhlíka v pôde. V pôdach, ktoré sa tvoria pod lesmi, má pôdny organický uhlík tendenciu byť vysoký v hornej vrstve, ale nižší v hlbších vrstvách. Tento rozdiel je primárne spôsobený hromadením opadaného lístia, ako aj konárov kríkov a stromov na povrchu pôdy.
atmosférický uhlík
Pomocou údajov zo štúdie ľadového jadra, ako aj údajov nazhromaždených z dlhodobého monitorovania hladín atmosférického CO2, vedci zistili významné výkyvy v úrovniach atmosférického CO2 počas 200 000 rokov. Za posledných 1000 rokov sa obsah CO2 v atmosfére výrazne zvýšil (obr. 2). Dnes (2000) je hladina CO2 približne 369 mg/l a toto číslo je vyššie ako kedykoľvek v minulom tisícročí. Najdôležitejšie je, že takéto bezprecedentné miery rastu sú také veľké, že ekosystém sa im možno nedokáže prispôsobiť. Tento nárast CO2 je spôsobený rozšírením využívania fosílnych palív, klčovaním pôdy a zmenami vo využívaní pôdy, ktoré sa vyskytujú na celom svete. Najvýznamnejším faktorom, ktorý spôsobuje zvýšenie obsahu CO2 v atmosfére, je využívanie fosílnych palív. Pri súčasnom tempe tohto procesu vo výške 1 bilióna. kg, zásoby fosílnych palív sa vyčerpajú v priebehu nasledujúcich 300-400 rokov. S rastúcim využívaním fosílnych palív sa uhlík, ktorý bol milióny rokov mimo obehu, uvoľňuje priamo do atmosféry. Časom sa atmosférický uhlík premení späť na organický uhlík, alebo skončí v oceáne – a dosiahne sa nová rovnováha, no tento proces môže trvať tisíce rokov. V blízkej budúcnosti zostane v atmosfére „nový“ uhlík vo forme CO2. Na základe súčasných atmosférických modelov možno usúdiť, že plné využitie fosílnych palív povedie k zvýšeniu koncentrácie atmosférického CO2 na vrchol okolo 1 200 mg/l. Niektorí vedci sa domnievajú, že tieto koncentrácie budú ešte vyššie. Tento nárast hladín CO2 viedol mnohých vedcov k špekuláciám, že priemerné globálne teploty začnú stúpať. V populárnej tlači sa tento proces nazýva globálne otepľovanie. Takzvané skleníkové plyny - CO2, metán (CH4) a oxid dusnatý (N 2 O), ktoré sa nachádzajú v atmosfére, prispievajú k zadržiavaniu tepla, ktoré sa spravidla odráža od zemského povrchu. Pri vyšších koncentráciách týchto plynov sa teplo nemusí uvoľňovať, čo má za následok vyššie globálne teploty. V súčasnosti nie sú zmeny globálnych teplôt významné a neexistujú v tom žiadne jednoznačné trendy, ale zmeny v úrovni obsahu CO2 sú plne zdokumentované a uznávané väčšinou vedcov.
Čo možno urobiť na spomalenie nárastu CO2? Ak sa zamyslíme nad tým, odkiaľ CO2 pochádza a kam ide ďalej, najzrejmejším riešením je znížiť jeho dodávky znížením používania fosílnych palív. Tým sa zníži uvoľňovanie CO2 do atmosféry. Postupom času budú potrebné efektívnejšie a čistejšie zdroje energie, ale súčasná ekonomika fosílnych palív obmedzuje využívanie a rozvoj alternatívnych zdrojov. V budúcnosti, keď vyvinieme alternatívne energetické technológie, môže masívne používanie zachytávačov uhlíka pomôcť stabilizovať hladinu CO2 v atmosfére. Popis svetových zásob uhlíka (obrázok 1) ukazuje, že hlavnými zásobami uhlíka v hlbokom oceáne sú, ale zmeny môžu trvať milióny rokov. Navyše, naša schopnosť spravovať túto rezervu je obmedzená. Ďalšou najväčšou zásobou je pôdny organický uhlík. Množstvo pôdneho organického uhlíka je dvojnásobkom množstva uhlíka obsiahnutého v rastlinnej biomase (rastliny, stromy, plodiny, trávy atď.). Jedným zo spôsobov, ako stabilizovať atmosférický uhlík, by bolo zavedenie technológií na celom svete, ktoré zvyšujú uhlík v pôde. Koľko uhlíka sa dá zadržať v pôde Kansasu? Otázka je jednoduchá, no neexistuje na ňu jednoduchá odpoveď. Skladovací potenciál tohto typu pôdy závisí od aktuálnej úrovne pôdneho uhlíka, koncentrácie CO2 v atmosfére a aplikovaných poľnohospodárskych postupov. Na mnohých pôdach v Kansase viedla významná strata ornice v dôsledku erózie a rozsiahleho obrábania k tomu, že úrovne uhlíka sa viac ako zdvojnásobili v porovnaní so základnou úrovňou. Pri správnom hospodárení je možné zvýšiť obsah organického uhlíka v mnohých pôdach. Straty uhlíka v pôde, ku ktorým došlo v prvej polovici 20. storočia, boli čiastočne kompenzované v druhej polovici zlepšeniami technológií ochrany a intenzifikáciou systémov hospodárenia (obrázok 3). Pri akumulácii pôdneho organického uhlíka zohralo úlohu aj správne hnojenie a pestovanie vyšľachtených hybridov a odrôd. Vyššie výnosy a intenzita pestovania zvyšujú množstvo biomasy, ktorá sa dostáva do pôdy, poskytujúc viac materiálu, ktorý je možné premeniť na pôdny uhlík. Na obr. Obrázok 3 zobrazuje projekcie hladín uhlíka v pôde podľa úrovne bez obrábania na rok 1990. Pôdy, ktoré sa neobrábajú bez obrábania a ktoré využívajú systémy intenzívnejšej kultivácie, môžu zvýšiť pôdny uhlík o 1 % ročne. V súčasnosti je 10 % poľnohospodárskej pôdy v Kansase obrábaných bez orby (celková plocha 8,2 milióna hektárov) a tieto oblasti by mali sekvestrovať ďalších 19 000 ton uhlíka ročne. So zvýšeným využívaním technológie bez obrábania pôdy a používaním intenzívnejších systémov pestovania by sa uhlík sekvestroval vo veľkých množstvách. Vo svete neexistuje potenciál na využitie pôdy ako zásobníka uhlíka, táto možnosť zostáva krátkodobým riešením. V priebehu času, možno 30-50 rokov, sa dosiahne nová úroveň bilancie CO2 v pôde, pri ktorej bude ťažké dosiahnuť ďalšie ukladanie uhlíka. Dlhodobejším riešením na stabilizáciu hladín CO2 v atmosfére by mohlo byť zníženie našej energetickej závislosti od fosílnych palív.
Sekvestrácia uhlíka: 9 najčastejších otázok
1. Čo znamená sekvestrácia uhlíka?
Sekvestrácia uhlíka je vo všeobecnosti proces premeny uhlíka vo vzduchu (oxid uhličitý alebo TO2) na uhlík v pôde. Oxid uhličitý je prijímaný rastlinami počas fotosyntézy a je prijímaný aj živými rastlinami. Keď rastlina zomrie, uhlík v listoch, stonke a koreňoch sa dostane do pôdy a stane sa organickou hmotou pôdy.
2. Ako môže sekvestrácia uhlíka pomôcť pri riešení globálneho otepľovania?
Atmosférický oxid uhličitý a ďalšie skleníkové plyny zachytávajú teplo, ktoré uniká zo zemského povrchu. Táto akumulácia tepla môže viesť ku globálnemu otepľovaniu. Prostredníctvom sekvestrácie uhlíka sa znížia úrovne atmosférického oxidu uhličitého a zvýši sa úroveň organickej hmoty v pôde. Ak sa pôdny organický uhlík nedotkne, môže zostať v zemi mnoho rokov ako stabilná organická hmota. Tento uhlík sa sekvestruje neskôr alebo sa presunie do skladu, aby bol k dispozícii na recykláciu do atmosféry. Tento proces znižuje hladinu CO2, ako aj možnosť globálneho otepľovania.
3. Aký vplyv môže mať sekvestrácia uhlíka na skleníkové plyny?
Zistilo sa, že prostredníctvom sekvestrácie uhlíka v poľnohospodárskej pôde je možné znížiť emisie CO2 o 20 % alebo viac.
4. Čo môžu poľnohospodári urobiť na zlepšenie sekvestrácie uhlíka?
Existuje niekoľko spôsobov, ako to dosiahnuť:
- bezobrábanie alebo minimálne obrábanie;
- intenzívne zvýšenie striedania plodín a vylúčenie letného úhoru;
— nárazníkové zóny;
— opatrenia na ochranu prírody, ktoré prispejú k zníženiu erózie;
- používanie plodín, ktoré dávajú veľa zvyškov (kukurica, cirok, ako aj pšenica);
— používanie krycích plodín;
- výber druhov a hybridov, ktoré ukladajú viac uhlíka.
5. Čo môžu poľnohospodári urobiť na zlepšenie sekvestrácie uhlíka?
Poľnohospodári môžu zvýšiť sekvestráciu uhlíka:
- zlepšenie kvality krmovín;
- udržiavanie dostatočného množstva rastlinných zvyškov;
— zníženie nadmerného spásania.
6. Budú pracovníci v poľnohospodárstve odmenení za sekvestráciu uhlíka?
Môže existovať komerčný systém poskytovania úverov poľnohospodárom, ktorí zvyšujú sekvestráciu uhlíka. Je tiež možné, že vláda použije určité stimuly pre výrobcov na podporu sekvestrácie uhlíka. Ale aj keby neexistovali žiadne platby, poľnohospodári by videli pozitívny účinok zavedenia metód na zvýšenie organickej hmoty v pôde:
– zlepšenie štruktúry a kvality pôdy;
- zvýšenie úrodnosti pôdy zvýšením organickej hmoty;
— zníženie erózie v dôsledku zlepšenej štruktúry pôdy;
— zlepšenie kvality vody v dôsledku zníženej erózie.
7. Čo je pôdna organická hmota, odkiaľ pochádza a kam ide?
Pôdna organická hmota pozostáva z rozpadnutých rastlín a živočíšneho odpadu. Umožňujú spájanie pôdnych minerálnych častíc do hrudiek, ktoré sa nazývajú pôdne agregáty. Zvyšovanie úrovne organickej hmoty v pôde vedie k stabilnejším pôdnym agregátom, odolnejším voči veternej erózii, lepšej infiltrácii a prevzdušňovaniu, menšiemu zhutňovaniu a vyššej úrodnosti. Organická hmota pomáha udržiavať pôdne živiny pohromade, takže sa nevymývajú ani nevyplavujú. Ak sa pôda nedotkne, organická hmota sa môže zmeniť na humus, veľmi stabilnú formu organickej hmoty. Ak sa však pôda obrába, organická hmota v pôde sa oxiduje a uhlík sa rozpúšťa v atmosfére ako CO2. Ak dôjde k erózii pôdy, organická hmota pôdy sa vymyje vodou.
8. Čo ovplyvňuje úroveň organickej hmoty v pôde?
Prirodzené úrovne organickej hmoty v pôde pre danú lokalitu sú vo väčšine prípadov určené zemepisnou šírkou, ako aj ročnými zrážkami. Prirodzené úrovne organickej hmoty v pôde sa budú zvyšovať, keď sa budete pohybovať zo severu na juh od rovníka. Na Veľkých pláňach sa hladina organickej hmoty zvyšuje od západu na východ, berúc do úvahy množstvo zrážok. Manažment môže zmeniť úroveň organickej hmoty v pôde. Vo všeobecnosti platí, že so zvyšujúcou sa intenzitou plodín sa zvyšuje hladina organickej hmoty v pôde. So zvyšujúcou sa frekvenciou mechanického obrábania pôdy klesá hladina organickej hmoty v pôde. Pre pestovateľov z Kansasu ponúkalo využitie technológie bez orby a eliminácia pary najväčší potenciál na dosiahnutie tohto cieľa.
9. Čo robí Kansas na zvýšenie sekvestrácie uhlíka?
Vedci zo štátu Kansas pracujú na vývoji lepších postupov riadenia, ktoré zvýšia sekvestráciu uhlíka. Uskutočňuje sa výskum na testovanie výsledkov mechanického obrábania pôdy, rôznych striedaní plodín, postupov ochrany pôdy a postupov hospodárenia s uhlíkom v pôde.
Fyzikálne vlastnosti: uhlík tvorí mnoho alotropných modifikácií: diamant jedna z najtvrdších látok grafit, uhlie, sadze.
Atóm uhlíka má 6 elektrónov: 1s 2 2s 2 2p 2 . Posledné dva elektróny sa nachádzajú v samostatných p-orbitáloch a sú nepárové. V zásade by tento pár mohol zaberať jeden orbitál, ale v tomto prípade sa medzielektronické odpudzovanie výrazne zvyšuje. Z tohto dôvodu jeden z nich trvá 2p x a druhý buď 2p y , alebo 2p z-orbitály.
Rozdiel medzi energiami s- a p-podúrovní vonkajšej vrstvy je malý, preto atóm pomerne ľahko prechádza do excitovaného stavu, v ktorom jeden z dvoch elektrónov z 2s-orbitálu prechádza do voľného 2r. Vzniká valenčný stav s konfiguráciou 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Práve tento stav atómu uhlíka je charakteristický pre diamantovú mriežku – tetraedrické priestorové usporiadanie hybridných orbitálov, rovnaká dĺžka väzby a energia.
Tento jav je známy ako tzv sp 3 - hybridizácia, a výsledné funkcie sú sp3-hybridné . Vytvorenie štyroch sp3 väzieb poskytuje atómu uhlíka stabilnejší stav ako tri rr- a jednu s-s-väzbu. Okrem hybridizácie sp3 sa na atóme uhlíka pozorujú aj hybridizácie sp2 a sp . V prvom prípade dochádza k vzájomnému prekrývaniu s- a dva p-orbitály. Vytvárajú sa tri ekvivalentné sp 2 - hybridné orbitaly umiestnené v rovnakej rovine pod uhlom 120 ° navzájom. Tretí orbitál p je nezmenený a smeruje kolmo na rovinu sp2.
Pri hybridizácii sp sa orbitály s a p prekrývajú. Medzi dvoma ekvivalentnými hybridnými orbitálmi vzniká uhol 180°, pričom dva p-orbitály každého z atómov zostávajú nezmenené.
Alotropia uhlíka. diamant a grafit
V kryštáli grafitu sú atómy uhlíka umiestnené v rovnobežných rovinách a zaberajú v nich vrcholy pravidelných šesťuholníkov. Každý z atómov uhlíka je pripojený k trom susedným sp2 hybridným väzbám. Medzi rovnobežnými rovinami sa spojenie uskutočňuje v dôsledku van der Waalsových síl. Voľné p-orbitály každého z atómov sú nasmerované kolmo na roviny kovalentných väzieb. Ich prekrytie vysvetľuje dodatočnú π-väzbu medzi atómami uhlíka. Takže od valenčný stav, v ktorom sú atómy uhlíka v látke, závisia vlastnosti tejto látky.
Chemické vlastnosti uhlíka
Najcharakteristickejšie oxidačné stavy: +4, +2.
Pri nízkych teplotách je uhlík inertný, ale pri zahrievaní sa jeho aktivita zvyšuje.
Uhlík ako redukčné činidlo:
- s kyslíkom
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 oxid uhličitý
s nedostatkom kyslíka - nedokonalé spaľovanie:
2C 0 + O 2 - t° = 2C +2 O oxid uhoľnatý
- s fluórom
C + 2F2 = CF4
- s parou
C 0 + H20 - 1200 ° \u003d C + 2 O + H2 vodný plyn
— s oxidmi kovov. Týmto spôsobom sa kov taví z rudy.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2
- s kyselinami - oxidačnými činidlami:
Co + 2H2S04 (konc.) \u003d C +402 + 2S02 + 2H20
С 0 + 4HN03 (konc.) = С +402 + 4N02 + 2H20
- so sírou tvorí sírouhlík:
C + 2S 2 \u003d CS 2.
Uhlík ako oxidačné činidlo:
- s niektorými kovmi tvorí karbidy
4Al + 3C 0 \u003d Al 4 C 3
Ca + 2C0 \u003d CaC2-4
- s vodíkom - metánom (ako aj s obrovským množstvom organických zlúčenín)
Co + 2H2 \u003d CH 4
- s kremíkom tvorí karborundum (pri 2000 °C v elektrickej peci):
Hľadanie uhlíka v prírode
Voľný uhlík sa vyskytuje ako diamant a grafit. Vo forme zlúčenín sa uhlík nachádza v mineráloch: krieda, mramor, vápenec - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; hydrogénuhličitany - Mg (HCO 3) 2 a Ca (HCO 3) 2, CO 2 je súčasťou vzduchu; uhlík je hlavnou zložkou prírodných organických zlúčenín – plynu, ropy, uhlia, rašeliny, je súčasťou organických látok, bielkovín, tukov, sacharidov, aminokyselín, ktoré sú súčasťou živých organizmov.
Anorganické zlúčeniny uhlíka
Ani C4+ ani C4- ióny nevznikajú v žiadnych konvenčných chemických procesoch: v uhlíkových zlúčeninách sú kovalentné väzby rôznej polarity.
oxid uhoľnatý (II) SO
oxid uhoľnatý; bezfarebný, bez zápachu, ťažko rozpustný vo vode, rozpustný v organických rozpúšťadlách, jedovatý, bp = -192°C; t štvorcových = -205 °C.
Potvrdenie
1) V priemysle (v plynových generátoroch):
C + 02 = C02
2) Laboratórne - tepelný rozklad kyseliny mravčej alebo šťaveľovej za prítomnosti H 2 SO 4 (konc.):
HCOOH = H2O + CO
H2C204 \u003d CO + CO2 + H20
Chemické vlastnosti
Za normálnych podmienok je CO inertný; pri zahrievaní - redukčné činidlo; oxid netvoriaci soľ.
1) s kyslíkom
2C +2 O + O2 \u003d 2C +4 O2
2) s oxidmi kovov
C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2
3) s chlórom (vo svetle)
CO + Cl 2 - hn \u003d COCl 2 (fosgén)
4) reaguje s alkalickými taveninami (pod tlakom)
CO + NaOH = HCOONa (mravčan sodný)
5) tvorí karbonyly s prechodnými kovmi
Ni + 4CO - t° = Ni(CO)4
Fe + 5CO - t° = Fe(CO)5
Oxid uhoľnatý (IV) CO2
Oxid uhličitý, bezfarebný, bez zápachu, rozpustnosť vo vode - 0,9V CO 2 sa rozpúšťa v 1V H 2 O (za normálnych podmienok); ťažšie ako vzduch; t°pl.= -78,5°C (pevný C02 sa nazýva "suchý ľad"); nepodporuje horenie.
Potvrdenie
- Tepelný rozklad solí kyseliny uhličitej (uhličitany). Pálenie vápenca:
CaCO3 - t ° \u003d CaO + CO2
- Pôsobenie silných kyselín na uhličitany a hydrogénuhličitany:
CaC03 + 2HCl \u003d CaCl2 + H20 + CO2
NaHC03 + HCl \u003d NaCl + H20 + CO2
ChemickývlastnostiCO2
Oxid kyseliny: reaguje so zásaditými oxidmi a zásadami za vzniku solí kyseliny uhličitej
Na20 + CO2 \u003d Na2C03
2NaOH + CO2 \u003d Na2C03 + H20
NaOH + CO2 \u003d NaHC03
Môže vykazovať oxidačné vlastnosti pri zvýšených teplotách
C +4 O 2 + 2 Mg - t ° \u003d 2 Mg +2 O + C 0
Kvalitatívna reakcia
Zákal vápennej vody:
Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (biela zrazenina) + H 2 O
Pri dlhšom prechode CO 2 vápennou vodou zaniká, pretože. nerozpustný uhličitan vápenatý sa premieňa na rozpustný hydrogenuhličitan:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2
kyselina uhličitá a jejsoľ
H2CO3 — Slabá kyselina, existuje iba vo vodnom roztoku:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Dvojitá základňa:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Soli kyselín - hydrogenuhličitany, hydrogenuhličitany
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Stredné soli - uhličitany
Všetky vlastnosti kyselín sú charakteristické.
Uhličitany a hydrogenuhličitany sa môžu navzájom premieňať:
2NaHCO3 - t ° \u003d Na2C03 + H20 + CO2
Na2CO3 + H20 + CO2 \u003d 2NaHC03
Uhličitany kovov (okrem alkalických kovov) sa pri zahrievaní dekarboxylujú za vzniku oxidu:
CuCO3 - t ° \u003d CuO + CO2
Kvalitatívna reakcia- "var" pôsobením silnej kyseliny:
Na2CO3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H20 + CO2
C032- + 2H+ = H20 + C02
Karbidy
karbid vápnika:
CaO + 3 C = CaC2 + CO
CaC2 + 2 H20 \u003d Ca (OH)2 + C2H2.
Acetylén sa uvoľňuje, keď karbidy zinku, kadmia, lantánu a céru reagujú s vodou:
2 LaC2 + 6 H20 \u003d 2La (OH)3 + 2 C2H2 + H2.
Be 2 C a Al 4 C 3 sa rozkladajú vodou za vzniku metánu:
Al 4 C 3 + 12 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 \u003d 3 CH 4.
V technike sa používajú karbidy titánu TiC, volfrám W 2 C (tvrdé zliatiny), kremík SiC (karborundum - ako brusivo a materiál pre ohrievače).
kyanidy
získané zahrievaním sódy v atmosfére amoniaku a oxidu uhoľnatého:
Na2C03 + 2 NH3 + 3 CO \u003d 2 NaCN + 2 H20 + H2 + 2 CO2
Kyselina kyanovodíková HCN je dôležitým produktom chemického priemyslu široko používaným v organickej syntéze. Jeho svetová produkcia dosahuje 200 tisíc ton ročne. Elektrónová štruktúra kyanidového aniónu je podobná oxidu uhoľnatému (II), takéto častice sa nazývajú izoelektronické:
C = O:[:C = N:]-
Kyanidy (0,1-0,2% vodný roztok) sa používajú pri ťažbe zlata:
2 Au + 4 KCN + H20 + 0,5 O2 \u003d 2 K + 2 KOH.
Keď sa kyanidové roztoky varia so sírou alebo keď sa tavia pevné látky, tiokyanáty:
KCN + S = KSCN.
Pri zahrievaní kyanidov nízkoaktívnych kovov sa získa kyanid: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. roztoky kyanidu sa oxidujú na kyanáty:
2KCN + O2 = 2KOCN.
Kyselina kyanová existuje v dvoch formách:
H-N=C=O; H-O-C = N:
V roku 1828 Friedrich Wöhler (1800-1882) získal močovinu z kyanátu amónneho: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 odparením vodného roztoku.
Táto udalosť sa zvyčajne považuje za víťazstvo syntetickej chémie nad „vitalistickou teóriou“.
Existuje izomér kyseliny kyánovej - kyselina fulmínová
H-O-N=C.
Jeho soli (ortuťnatý fulminát Hg(ONC) 2) sa používajú v nárazových zapaľovačoch.
Syntéza močovina(karbamid):
CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H20. Pri 130 °C a 100 atm.
Močovina je amid kyseliny uhličitej, existuje aj jej „dusíkový analóg“ – guanidín.
Uhličitany
Najdôležitejšími anorganickými zlúčeninami uhlíka sú soli kyseliny uhličitej (uhličitany). H2CO3 je slabá kyselina (K1 \u003d 1,3 10-4; K2 \u003d 5 10-11). Podpery karbonátového tlmiča bilancia oxidu uhličitého v atmosfére. Oceány majú obrovskú vyrovnávaciu kapacitu, pretože sú otvoreným systémom. Hlavnou tlmivou reakciou je rovnováha počas disociácie kyseliny uhličitej:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.
S poklesom kyslosti dochádza k ďalšej absorpcii oxidu uhličitého z atmosféry s tvorbou kyseliny:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.
So zvyšujúcou sa kyslosťou sa uhličitanové horniny (škrupiny, krieda a vápencové usadeniny v oceáne) rozpúšťajú; to kompenzuje stratu hydrokarbonátových iónov:
H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -
CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-
Pevné uhličitany sa premieňajú na rozpustné uhľovodíky. Práve tento proces chemického rozpúšťania prebytočného oxidu uhličitého pôsobí proti „skleníkového efektu“ – globálnemu otepľovaniu v dôsledku pohlcovania tepelného žiarenia Zeme oxidom uhličitým. Približne jedna tretina svetovej produkcie sódy (uhličitan sodný Na 2 CO 3) sa používa na výrobu skla.
Hovorí sa tomu základ života. Nachádza sa vo všetkých organických zlúčeninách. Len on je schopný tvoriť molekuly z miliónov atómov, ako napríklad DNA.
Spoznali ste hrdinu? Toto je uhlíka. Počet jeho zlúčenín, ktoré veda pozná, sa blíži k 10 000 000.
Toľko nebude napísané vo všetkých ostatných prvkoch spolu. Niet divu, že jedna z dvoch oblastí štúdia chémie výlučne zlúčeniny uhlíka a odohráva sa vo vyšších ročníkoch.
Ponúkame pripomenutie si školského vzdelávacieho programu, ako aj jeho doplnenie o nové skutočnosti.
Čo je uhlík
Po prvé, prvok uhlík- zložený. V jej novom štandarde je látka v 14. skupine.
V zastaranej verzii systému je uhlík v hlavnej podskupine 4. skupiny.
Označenie prvku je písmeno C. Sériové číslo látky je 6, patrí do skupiny nekovov.
organický uhlík v prírode susediace s minerálom. Takže fullerénový kameň je šiestym prvkom vo svojej čistej forme.
Rozdiely vo vzhľade sú spôsobené niekoľkými typmi štruktúry kryštálovej mriežky. Od toho závisia aj polárne charakteristiky minerálneho uhlíka.
Mäkký je napríklad grafit, nie nadarmo sa pridáva do ceruziek na písanie, ale do všetkých ostatných na Zemi. Preto je logické brať do úvahy vlastnosti samotného uhlíka a nie jeho modifikácie.
Vlastnosti uhlíka
Začnime vlastnosťami spoločnými pre všetky nekovy. Sú elektronegatívne, to znamená, že priťahujú spoločné elektrónové páry vytvorené s inými prvkami.
Ukazuje sa, že uhlík môže redukovať oxidy nekovov do stavu kovov.
Šiesty prvok to však robí iba pri zahrievaní. Za normálnych podmienok je látka chemicky inertná.
Vonkajšie elektronické úrovne nekovov majú viac elektrónov ako kovy.
To je dôvod, prečo atómy 6. prvku majú tendenciu dokončiť časť svojich vlastných orbitálov, než aby niekomu dali svoje častice.
Pre kovy s minimom elektrónov na vonkajších obaloch je jednoduchšie rozdávať vzdialené častice, ako ťahať na seba cudzincov.
Hlavnou formou 6. látky je atóm. Teoreticky by malo ísť o molekula uhlíka. Väčšina nekovov sa skladá z molekúl.
Avšak uhlík s výnimkou a má atómovú štruktúru. Vďaka tomu sa zlúčeniny prvkov vyznačujú vysokými teplotami topenia.
Ďalšou charakteristickou vlastnosťou mnohých foriem uhlíka je . Za ten istý je to maximum, rovných 10 bodov.
Keďže sa rozhovor zvrtol na formy 6. látky, upozorňujeme, že kryštalická je len jedna z nich.
atómov uhlíka nie vždy sa zoraďujú do kryštálovej mriežky. Existuje amorfná odroda.
Príklady: - drevo, koks, sklovitý uhlík. Sú to zlúčeniny, ale bez usporiadanej štruktúry.
Ak sa látka kombinuje s inými, môžu sa získať aj plyny. Kryštalický uhlík do nich prechádza pri teplote 3700 stupňov.
Za normálnych podmienok je prvok plynný, ak je napr. oxid uhoľnatý.
Ľudia to nazývajú oxid uhoľnatý. Reakcia jeho tvorby je však aktívnejšia a rýchlejšia, ak sa napriek tomu zapne teplo.
plynné zlúčeniny uhlíka s kyslík niektoré. Existuje napríklad aj oxid monoxid.
Tento plyn je navyše za normálnych podmienok bezfarebný a jedovatý. Takéto oxid uhoľnatý má v molekule trojitú väzbu.
Ale späť k čistému živlu. Keďže je z chemického hľadiska celkom inertný, môže interagovať nielen s kovmi, ale aj s ich oxidmi a, ako je zrejmé z rozhovoru o plynoch, s kyslíkom.
Reakcia je možná aj s vodík. Uhlík vstúpi do interakcie, ak „hrá“ jeden z faktorov alebo všetky spolu: teplota, alotropný stav, disperzia.
Ten sa týka pomeru plochy povrchu častíc látky k objemu, ktorý zaberajú.
Alotropia je možnosť viacerých foriem tej istej látky, to znamená kryštalická, amorfná, príp plynný uhlík.
Avšak bez ohľadu na to, ako sa faktory zhodujú, prvok vôbec nereaguje s kyselinami a zásadami. Ignoruje uhlík a takmer všetky halogény.
Najčastejšie sa 6. látka viaže na seba a vytvára tie veľmi veľké molekuly stoviek a miliónov atómov.
vytvorené molekuly, uhlíková reakcia s ešte menším počtom prvkov a zlúčenín.
Aplikácia uhlíka
Použitie prvku a jeho derivátov je také rozsiahle ako ich počet. Obsah uhlíka V živote človeka je toho viac, ako by ste si mysleli.
Aktívne uhlie z lekárne je 6. látka. v od - je.
Grafit v ceruzkách je tiež uhlík, ktorý je potrebný aj v jadrových reaktoroch a kontaktoch elektrických strojov.
Na zozname je aj metánové palivo. Oxid uhličitý potrebné na výrobu a môže to byť suchý ľad, teda chladivo.
Oxid uhličitý slúži ako konzervačná látka, ktorá plní zásoby zeleniny a je tiež potrebný na výrobu uhličitanov.
Posledne menované sa používajú napríklad v stavebníctve. A uhličitan sa hodí pri výrobe mydla a výrobe skla.
Vzorec uhlíka tiež zodpovedá koksu. Ten príde vhod hutníkom.
Koks slúži ako redukčné činidlo pri tavení rudy, získavaní kovov z nej.
Aj obyčajné sadze sú uhlík používaný ako hnojivo a plnivo.
Premýšľali ste niekedy nad tým, prečo sú pneumatiky áut farebné? Toto sú sadze. Dodáva gume pevnosť.
Sadze sú tiež súčasťou krému na topánky, tlačiarenského atramentu a maskary. Bežný názov sa nepoužíva vždy. Priemyselníci volajú sadze technický uhlík.
Hmotnosť uhlíka sa začína využívať v oblasti nanotechnológií. Boli vyrobené ultra malé tranzistory a tiež elektrónky, ktoré sú 6-7 krát silnejšie.
Tu je nekov. Mimochodom, vedci z . Z uhlíkových trubíc a grafénu vytvorili aerogél.
Je to tiež odolný materiál. Znie to statočne. Ale v skutočnosti je aerogél ľahší ako vzduch.
AT železný uhlík pridaný, aby sa získalo to, čo sa nazýva uhlíková oceľ. Je tvrdšia ako zvyčajne.
Hmotnostný zlomok 6. prvku by však nemal presiahnuť pár, tri percentá. V opačnom prípade vlastnosti ocele klesajú.
Zoznam je nekonečný. Ale, kde vziať uhlík donekonečna? Je to ťažené alebo syntetizované? Na tieto otázky odpovieme v samostatnej kapitole.
Ťažba uhlíka
oxid uhličitý, metán, samostatne uhlík, možno získať chemicky, teda zámernou syntézou. To však nie je prospešné.
uhlíkový plyn a jeho pevné modifikácie sa ľahšie a lacnejšie ťažia spolu s uhlím.
Ročne sa zo zemských útrob tejto fosílie vyťažia približne 2 miliardy ton. Dosť na to, aby sme svetu poskytli sadze.
Čo sa týka, sú extrahované z kimbirlitových fajok. Ide o vertikálne geologické telesá, úlomky hornín stmelených lávou.
V takom sa stretávajú. Vedci preto naznačujú, že minerál sa tvorí v hĺbkach tisícok kilometrov, na rovnakom mieste ako magma.
Naopak, ložiská grafitu sú horizontálne a nachádzajú sa blízko povrchu.
Preto je ťažba nerastu celkom jednoduchá a nie drahá. Ročne sa z podložia vyťaží asi 500 000 ton grafitu.
Ak chcete získať aktívne uhlie, musíte uhlie zahriať a spracovať ho prúdom vodnej pary.
Vedci dokonca prišli na to, ako znovu vytvoriť bielkoviny v ľudskom tele. Ich základom je tiež uhlíka. Dusík a vodík je susediaca aminoskupina.
Potrebujete aj kyslík. To znamená, že proteíny sú postavené na aminokyselinách. Nie je všeobecne známa, ale pre život je oveľa dôležitejšia ako zvyšok.
Populárne kyseliny sírové, dusičné, chlorovodíkové napríklad telo potrebuje oveľa menej.
Karbón je teda niečo, za čo sa oplatí zaplatiť. Poďme zistiť, aký veľký je rozptyl cien pre rôzne tovary zo 6. prvku.
Cena uhlíka
Pre život, ako je ľahké pochopiť, je uhlík na nezaplatenie. Čo sa týka iných sfér života, cena závisí od názvu produktu a jeho kvality.
Napríklad zaplatia viac, ak neobsahujú inklúzie tretích strán.
Vzorky aerogélu doteraz stáli desiatky dolárov za pár centimetrov štvorcových.
V budúcnosti však výrobcovia sľubujú, že budú materiál dodávať v kotúčoch a budú žiadať lacné.
Technický uhlík, to znamená sadze, sa predáva za 5-7 rubľov za kilogram. Za tonu dávajú asi 5 000 - 7 000 rubľov.
Uhlíková daň zavedená vo väčšine rozvinutých krajín však môže zvýšiť ceny.
Uhlíkový priemysel sa považuje za príčinu skleníkového efektu. Spoločnosti sú povinné platiť za emisie, najmä CO 2 .
Je hlavným skleníkovým plynom a zároveň indikátorom znečistenia ovzdušia. Táto informácia je mucha v sude medu.
Umožňuje vám pochopiť, že karbón, ako všetko na svete, má aj negatíva, a nielen plusy.
