Hiilen luonnossa, jossa se löytyy ja miten, ominaisuudet, käyttötarkoitukset

hiilen luonnossa se löytyy timanteista, öljystä ja graffitista monien muiden skenaarioiden joukossa. Tämä kemiallinen elementti sijaitsee kuudennessa paikassa jaksollisessa taulukossa ja se sijaitsee vaakasuorassa rivissä tai jaksossa 2 ja sarakkeessa 14. Se on ei-metallinen ja tetravalentti; toisin sanoen voit luoda 4 kemiallista sidosta jaettuja elektroneja tai kovalenttisia sidoksia.

Hiili on elementti, jolla on eniten runsaasti maankuoressa. Tämä runsaus, sen ainutlaatuinen monimuotoisuus orgaanisten yhdisteiden muodostamisessa ja sen poikkeuksellinen kyky muodostaa makromolekyylejä tai polymeerejä maapallolla yleisesti havaituissa lämpötiloissa tekee siitä kaikkien tunnettujen elämänmuotojen yhteisen elementin.

Hiili on luonteeltaan kemiallisena elementtinä ilman grafiitin ja timantin muotoja. Useimmiten se yhdistetään muodostamaan kemiallisia hiiliyhdisteitä, kuten kalsiumkarbonaattia (CaCO).₃) ja muut yhdisteet öljyssä ja maakaasussa.

Se muodostaa myös useita mineraaleja, kuten antrasiitti, hiili, ruskohiili ja turve. Hiilen suurin merkitys on se, että se muodostaa ns. "Elämänrakenteen" ja on läsnä kaikissa elävissä organismeissa.

indeksi

• 1 Missä hiilestä löytyy ja missä muodossa?
  • 1.1 Kristallin muodot
  • 1.2 Amorfiset muodot
  • 1.3 Öljy, maakaasu ja bitumi
• 2 Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
  • 2.1 Kemiallinen symboli
  • 2.2 Atominumero
  • 2.3 Fyysinen tila
  • 2.4 Väri
  • 2.5 Atomimassa
  • 2.6 Sulamispiste
  • 2.7 Kiehumispiste
  • 2.8 Tiheys
  • 2.9 Liukoisuus
  • 2.10 Elektroninen kokoonpano
  • 2.11 Elektronien lukumäärä ulko- tai valenssikerroksessa
  • 2.12 Linkkikapasiteetti
  • 2.13 Catenación
• 3 Biogeokemiallinen sykli
  • 3.1 Fotosynteesi
  • 3.2 Hengitys ja hajoaminen
  • 3.3 Geologiset prosessit
  • 3.4 Ihmisen toiminnan häiriöt
• 4 Käyttö
  • 4.1 Öljy ja maakaasu
  • 4.2 Grafiitti
  • 4.3 Timantti
  • 4.4 Antrasiitti
  • 4.5 Kivihiili
  • 4.6 Ruskohiili
  • 4.7 Turve
• 5 Viitteet

Missä on hiiltä ja missä muodossa?

Sen lisäksi että se on kemiallinen komponentti, joka on yhteinen kaikille elämän muodoille, luonteeltaan hiili on läsnä kolmessa kiteisessä muodossa: timantti, grafiitti ja fullereeni.

On myös useita amorfisia kivihiilen muotoja (antrasiitti, ruskohiili, hiili, turve), nestemäisiä muotoja (öljy- lajikkeita) ja sooda (maakaasu).

Kristallin muodot

Kiteisissä muodoissa hiiliatomit yhdistyvät muodostaen järjestettyjä kuvioita geometriseen tilakokoonpanoon.

grafiitti

Se on pehmeä, musta väri, jossa on kiilto tai metallinen kiilto ja kestää lämpöä (tulenkestävä). Sen kiteinen rakenne esittää hiiliatomeja, jotka on liitetty kuusikulmaisiin renkaisiin, jotka puolestaan ​​yhdistävät yhteen muodostavat arkit.

Grafiitin talletukset ovat niukat ja niitä on löydetty Kiinasta, Intiasta, Brasiliasta, Pohjois-Koreasta ja Kanadasta.

timantti

Se on erittäin kova kiinteä, läpinäkyvä valon kulkua varten ja paljon tiheämpi kuin grafiitti: timantin tiheyden arvo vastaa lähes kaksi kertaa grafiitin arvoa..

Timantin hiiliatomit yhdistyvät tetraedriseen geometriaan. Samoin timantti muodostuu grafiitista, joka altistuu erittäin korkeiden lämpötilojen ja paineiden olosuhteille (3000 ° C) ^°C ja 100 000 atm).

Suurin osa timanteista sijaitsee 140 ja 190 kilometrin etäisyydellä vaipasta. Syvillä tulivuorenpurkauksilla magma voi kuljettaa ne pinnan läheisyyteen.

Afrikassa on timanttikenttiä (Namibia, Ghana, Kongon demokraattinen tasavalta, Sierra Leone ja Etelä-Afrikka), Amerikka (Brasilia, Kolumbia, Venezuela, Guyana, Peru), Oseania (Australia) ja Aasia (Intia).

fullereeneille

Ne ovat hiilen molekyylimuotoja, jotka muodostavat 60 ja 70 hiiliatomin klustereita lähes pallomaisissa molekyyleissä, samanlaisia ​​kuin jalkapallo-pallot.

On myös fullereeneja, jotka ovat pienempiä kuin 20 hiiliatomia. Jotkin fullereenien muodot sisältävät hiilinanoputkia ja hiilikuituja.

Amorfiset muodot

Amorfisissa muodoissa hiiliatomit eivät yhdisty, muodostaen järjestäytyneen ja säännöllisen kiteisen rakenteen. Sen sijaan ne sisältävät jopa epäpuhtauksia muista elementeistä.

antrasiitti

Se on vanhin metamorfinen kivihiili (joka on peräisin kivien muuttamisesta lämpötilojen, paineiden tai nesteiden kemiallisen vaikutuksen vaikutuksesta), koska sen muodostuminen on alkanut primääri- tai paleosoomisesta aikakaudesta..

Antrasiitti on hiilen amorfinen muoto, jonka pitoisuus on suurempi kuin 86 - 95%. Se on harmaa-musta ja metallinen kiilto, se on raskas ja kompakti.

Yleensä antrasiittia esiintyy geologisen muodonmuutoksen alueilla ja se on noin 1% maailman hiilivarannoista.

Maantieteellisesti se on Kanadassa, Yhdysvalloissa, Etelä-Afrikassa, Ranskassa, Isossa-Britanniassa, Saksassa, Venäjällä, Kiinassa, Australiassa ja Kolumbiassa.

Kivihiili

Se on kivihiili, orgaanista alkuperää oleva sedimenttikivi, jonka muodostuminen on peräisin paleosoisista ja mesotsojalaisista aikakausista. Sen hiilipitoisuus on 75–85%.

Se on mustaa, sille on tunnusomaista, että se on läpinäkymätön ja siinä on mattapintainen ja rasvainen ulkonäkö, sillä siinä on suuri bitumipitoisuus. Se muodostuu ruskohiilen puristuksesta paleosoomisessa aikakaudessa, hiilipitoisissa ja Permin jaksoissa.

Se on maailman runsain hiilen muoto. Yhdysvalloissa, Isossa-Britanniassa, Saksassa, Venäjällä ja Kiinassa on suuria hiilivarastoja.

ruskohiili

Se on fossiilinen kivihiili, joka muodostuu kolmivuotiaana turpeesta puristamalla (korkea paine). Sen hiilipitoisuus on alhaisempi kuin kivihiilen, 70–80%.

Se on vähän kompakti materiaali, mureneva (ominaisuus, joka erottaa sen muista hiilimineraaleista), ruskea tai musta. Sen rakenne on samanlainen kuin puun rakenne ja sen hiilipitoisuus vaihtelee 60-75%.

Se on helppo sytytyspolttoaine, jolla on alhainen lämpöarvo ja alhaisempi vesipitoisuus kuin turve.

Saksassa, Venäjällä, Tšekin tasavallassa, Italiassa (Veneton alueet, Toscana, Umbria) ja Sardiniassa on merkittäviä ruskohiilikaivoksia. Espanjassa ruskohiilen talletukset ovat Asturia, Andorra, Zaragoza ja La Coruña.

turve

Se on orgaanista alkuperää oleva materiaali, jonka muodostuminen on peräisin kvaternaarisesta aikakaudesta.

Se on ruskehtavan keltainen, ja se näkyy pienitiheyksisenä, pehmeänä massana, jossa voit nähdä kasvien jäämiä paikasta, josta se on peräisin.

Toisin kuin edellä mainitut hiilet, turve ei ole peräisin puumateriaalin tai puun karbonointimenetelmistä, vaan se on muodostunut kasvien kertymisestä - pääasiassa yrtteistä ja sammaloista - suoisilla alueilla karbonointimenetelmän kautta, jota ei ole saatu päätökseen..

Turpeen vesipitoisuus on korkea; tästä syystä se vaatii kuivumista ja tiivistämistä ennen käyttöä.

Sen hiilipitoisuus on alhainen (vain 55%); siksi sillä on alhainen energia-arvo. Palamisen yhteydessä sen tuhkajäämä on runsaasti ja se päästää paljon savua.

Chilessä, Argentiinassa (Tierra del Fuego), Espanjassa (Espinosa de Cerrato, Palencia), Saksassa, Tanskassa, Hollannissa, Venäjällä, Ranskassa on merkittäviä turvetalletuksia..

Öljy, maakaasu ja bitumi

Öljy (latinasta petrae, mikä tarkoittaa "kiveä"; ja oleum, "öljy": "kiviöljy") on useiden orgaanisten yhdisteiden - useimpien hiilivetyjen - seos, joka on tuotettu orgaanisen aineen anaerobisen bakteerin hajoamisen (hapen puuttuessa) avulla..

Se muodostui pohjakerrokseen suurissa syvyyksissä ja erityisolosuhteissa sekä fyysisesti (korkea paine ja lämpötila) että kemiallisella tavalla (tiettyjen katalyyttiyhdisteiden läsnäolo) prosessissa, joka kesti miljoonia vuosia.

Tämän prosessin aikana C ja H vapautettiin orgaanisista kudoksista ja yhdistettiin uudelleen rekombinaatioon, jolloin muodostui valtava määrä hiilivetyjä, jotka sekoitetaan niiden ominaisuuksien mukaan, jolloin muodostuu maakaasua, öljyä ja bitumia.

Planeetan öljykentät sijaitsevat pääasiassa Venezuelassa, Saudi-Arabiassa, Irakissa, Iranissa, Kuwaitissa, Arabiemiirikunnissa, Venäjällä, Libyassa, Nigeriassa ja Kanadassa..

Venäjällä, Iranissa, Venezuelassa, Qatarissa, Yhdysvalloissa, Saudi-Arabiassa ja Yhdistyneissä arabiemiirikunnissa on maakaasuvaroja mm..

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Hiilen ominaisuuksista voidaan mainita seuraavat:

Kemiallinen symboli

C.

Atominumero

6.

Fyysinen tila

Kiinteä, normaaleissa paine- ja lämpötilan olosuhteissa (1 ilmakehä ja 25 ° C) ^°C).

väri

Harmaa (grafiitti) ja läpinäkyvä (timantti).

Atomimassa

12,011 g / mol.

Sulamispiste

500 ^°C.

Kiehumispiste

827 ^°C.

tiheys

2,62 g / cm³.

liukoisuus

Liukenematon veteen, liukenee hiilitetrakloridiin CCl₄.

Elektroninen kokoonpano

1s² 2s² 2p².

Elektronien lukumäärä ulkokerroksessa tai valenssissa

4.

Linkkikapasiteetti

4.

katenaatio

Se kykenee muodostamaan kemiallisia yhdisteitä pitkissä ketjuissa.

Biogeokemiallinen sykli

Hiilikierto on pyöreä biogeokemiallinen prosessi, jonka kautta hiili voidaan vaihtaa biosfäärin, ilmakehän, hydrosfäärin ja maanpäällisen litosfäärin välillä.

Tämän syklisen hiiliprosessin tuntemus maapallolla mahdollistaa ihmisen toiminnan osoittamisen tällä jaksolla ja sen seuraukset globaaliin ilmastonmuutokseen.

Hiili voi kiertää valtamerien ja muiden vesistöjen välillä sekä litosfäärin, maaperän ja maaperän, ilmakehän ja biosfäärin välillä. Ilmakehässä ja hydrosfäärissä hiili on kaasumaisessa muodossa CO: na₂ (hiilidioksidi).

fotosynteesi

Ekosysteemien (fotosynteettiset organismit) maanpäälliset ja vesieliöt keräävät ilmakehän hiilen.

Fotosynteesi sallii kemiallisen reaktion CO: n välillä₂ ja vesi, jota välittävät aurinkoenergia ja klorofylli kasveista, hiilihydraattien tai sokereiden tuottamiseksi. Tämä prosessi muuttaa yksinkertaisia ​​molekyylejä, joilla on alhainen CO-energiapitoisuus₂, H₂O ja happi O₂, korkean energian monimutkaisissa molekyylimuodoissa, jotka ovat sokereita.

Heterotrofiset organismit - jotka eivät pysty suorittamaan fotosynteesiä ja jotka ovat ekosysteemien kuluttajia - saavat hiilen ja energian, kun he ruokkivat itseään tuottajilta ja muilta kuluttajilta.

Hengitys ja hajoaminen

Hengitys ja hajoaminen ovat biologisia prosesseja, jotka vapauttavat hiiltä ympäristöön CO: n muodossa₂ tai CH₄ (metaani, joka on tuotettu anaerobisessa hajoamisessa, toisin sanoen ilman happea).

Geologiset prosessit

Geologisten prosessien ja ajan myötä anaerobisen hajoamisen hiili voidaan muuntaa fossiilisiksi polttoaineiksi, kuten öljyksi, maakaasuksi ja kivihiileksi. Samoin hiili on myös osa muita mineraaleja ja kiviä.

Ihmisen toiminnan häiriöt

Kun ihminen käyttää fossiilisten polttoaineiden polttamista energiaksi, hiili palaa ilmakehään valtavien määrien CO: n muodossa₂ jota ei voida rinnastaa hiilen luonnolliseen biogeokemialliseen kiertoon.

Tämä ylimääräinen CO₂ inhimillisen toiminnan tuottama kielteinen vaikutus hiilen kierron tasapainoon ja on yleinen lämpeneminen.

sovellukset

Hiilen ja sen yhdisteiden käyttö on erittäin vaihteleva. Kaikkein merkittävimmät ovat seuraavat:

Öljy ja maakaasu

Hiilen pääasiallista taloudellista käyttöä edustaa sen käyttö fossiilisten polttoaineiden hiilivetyinä, kuten metaanikaasuna ja öljynä..

Öljy tislataan jalostamoissa saadakseen useita johdannaisia, kuten bensiiniä, dieseliä, petrolia, asfaltia, voiteluaineita, liuottimia ja muita, joita puolestaan ​​käytetään petrokemianteollisuudessa, joka tuottaa raaka-aineita muovi-, lannoite-, lääke- ja maaliteollisuutta varten. , mm.

grafiitti

Grafiittia käytetään seuraavissa toiminnoissa:

- Sitä käytetään lyijykynien valmistukseen, jotka on sekoitettu saviin.

- Se on osa tulenkestävien tiilien ja upokkaiden valmistusta.

- Eri mekaanisissa laitteissa, kuten aluslevyissä, laakereissa, männissä ja tiivisteissä.

- Se on erinomainen kiinteä voiteluaine.

- Sähkönjohtavuuden ja kemiallisen inertisyyden vuoksi sitä käytetään elektrodien, sähkömoottoreiden, valmistuksessa.

- Sitä käytetään moderaattorina ydinvoimaloissa.

timantti

Timantilla on erityisen poikkeukselliset fysikaaliset ominaisuudet, kuten korkeampi kovuus ja lämmönjohtavuus, jotka tunnetaan tähän asti.

Nämä ominaisuudet mahdollistavat teollisten sovellusten käytön työkaluissa, joita käytetään leikkausten ja kiillotuslaitteiden valmistamiseen niiden suuren hioma-arvon vuoksi.

Sen optiset ominaisuudet - kuten läpinäkyvyys ja kyky hajottaa valkoinen valo ja heijastavat valoa - antavat sille monia sovelluksia optisiin instrumentteihin, kuten linssien ja prismojen valmistukseen..

Ominaisvaloisuus, joka on johdettu sen optisista ominaisuuksista, on myös erittäin arvokas korujen teollisuudessa.

antrasiitti

Antrasiitilla on vaikeuksia syttyä, se on hidasta polttamista ja vaatii paljon happea. Sen palaminen aiheuttaa vähän vaaleansinisen värin liekkiä ja paljon lämpöä.

Joitakin vuosia sitten antrasiittia käytettiin lämpösähkölaitoksiin ja kotitalouksien lämmitykseen. Sen käytössä on etuja, kuten vähän tuhkaa tai pölyä, vähän savua ja hidasta palamisprosessia.

Korkean taloudellisen kustannuksen ja niukkuuden vuoksi antrasiitti on korvattu maakaasulla lämpölaitoksissa ja sähköllä kotona.

Kivihiili

Hiiltä käytetään raaka-aineena saadakseen:

- Koksi, terästehtaiden masuunien polttoaine.

- Kreosootti, joka on saatu sekoittamalla tervan tisleitä kivihiilestä ja joita käytetään suojaavana tiivisteenä säälle altistuneelle puulle.

- Kresoli (kemiallisesti metyylifenoli), joka on uutettu kivihiilestä ja jota käytetään desinfiointiaineena ja antiseptisenä aineena,

- Muut johdannaiset, kuten kaasu, terva tai piikki, ja yhdisteet, joita käytetään hajusteiden, hyönteismyrkkyjen, muovien, maalien, renkaiden ja tienpäällysteiden valmistukseen, muun muassa.

ruskohiili

Ligniitti edustaa keskitason polttoainetta. Suihku, ruskohiilen lajike, on ominaista, että se on erittäin kompakti pitkällä hiilikäsittelyprosessilla ja korkealla paineella, ja sitä käytetään koruissa ja koristeissa..

turve

Turvetta käytetään seuraavissa toiminnoissa;

- Kasvilajien kasvuun, tukemiseen ja kuljettamiseen.

- Orgaanisena lannoitteena.

- Koska eläinpaikka tallissa.

- Laadukkaana polttoaineena.

viittaukset

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. ja Price, G. (2017). Kemia3: epäorgaanisen, orgaanisen ja fysikaalisen kemian esittely. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kuningas? Nanoteknologia. 21 (30): 300201. doi: 10,1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. ja Zandbergen, H. (2004). Grafiitin superlubrikiteetti. Fyysisen tarkastelun kirjaimet. 92 (12): 126101. doi: 10,103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. ja Sumiya, H. (2003). Materiaalit: Ultrahardin monikiteinen timantti grafiitista. Nature. 421 (6923): 599-600. doi: 10,1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Grafiitin sulamispisteen ja nestemäisen hiilen ominaisuuksien mittaukset (katsaus vuodelle 1963-2003). Hiiltä. 43 (6): 1115. doi: 10,016