KARBON I NATUREN: BELIGGENHET, EGENSKAPER OG BRUKSOMRÅDER - GEOGRAFÍA - 2026

Den karbon i naturen kan bli funnet i diamanter, olje og grafitt, blant mange andre scenarier. Dette kjemiske elementet inntar sjetteplassen i det periodiske systemet og ligger i den horisontale raden eller periode 2 og kolonne 14. Det er ikke-metallisk og tetravalent; det vil si at den kan etablere 4 delte elektronkjemiske bindinger eller kovalente bindinger.

Karbon er det mest tallrike elementet i jordskorpen. Denne overfloden, dets unike mangfoldighet i dannelsen av organiske forbindelser og dens eksepsjonelle evne til å danne makromolekyler eller polymerer ved temperaturer som ofte finnes på jorden, gjør at den fungerer som et vanlig element i alle kjente livsformer.

Figur 1. Karbon i sin mineralform. Kilde: Rdamian1234, fra Wikimedia Commons

Karbon eksisterer i naturen som et kjemisk element uten å kombinere i form av grafitt og diamant. Imidlertid er det for det meste kombinert for å danne karbonkjemiske forbindelser, for eksempel kalsiumkarbonat (CaCO ₃ ) og andre forbindelser i olje og naturgass.

Det danner også forskjellige mineraler som antrasitt, kull, lignitt og torv. Den største viktigheten av karbon er at det utgjør den såkalte "byggesteinen i livet" og er til stede i alle levende organismer.

Hvor finnes karbon og i hvilken form?

I tillegg til å være det vanligste kjemiske elementet i alle livsformer, er karbon i naturen til stede i tre krystallinske former: diamant, grafitt og fulleren.

Det er også flere amorfe mineralformer av kull (antrasitt, lignitt, kull, torv), flytende former (oljesorter) og gassformig (naturgass).

Krystallinske former

I krystallinske former går karbonatomer sammen for å danne ordnede mønstre med geometrisk romlig ordning.

grafitt

Det er et mykt svart fast stoff med metallisk glans eller glans og varmebestandig (ildfast). Den krystallinske strukturen presenterer karbonatomer som er sammenføyet i sekskantede ringer som igjen blir sammen med dannende ark.

Grafittforekomster er sjeldne og er funnet i Kina, India, Brasil, Nord-Korea og Canada.

Diamant

Det er et veldig hardt fast stoff, gjennomsiktig for passasje av lys og mye tettere enn grafitt: verdien av tettheten av diamant er nesten det dobbelte av grafitt.

Karbonatomene i diamanten er sammenføyd i tetraedrisk geometri. På samme måte er diamant dannet av grafitt utsatt for forhold med meget høye temperaturer og trykk (3000 ^° C og 100.000 atm).

De fleste diamantene ligger mellom 140 og 190 km dypt i mantelen. Gjennom dype vulkanutbrudd kan magma transportere dem til avstander nær overflaten.

Det er diamantforekomster i Afrika (Namibia, Ghana, Den demokratiske republikken Kongo, Sierra Leone og Sør-Afrika), Amerika (Brasil, Colombia, Venezuela, Guyana, Peru), Oceania (Australia) og Asia (India).

Figur 3. Kull og diamant. Kilde: XAVI999, fra Wikimedia Commons.

fullerener

De er molekylære karbonformer som danner klynger på 60 og 70 karbonatomer i nesten sfæriske molekyler, lik fotballkuler.

Det er også mindre fullerener med 20 karbonatomer. Noen former for fullerener inkluderer karbon nanorør og karbonfibre.

Figur 4. Fullerene. IMeowbot, via Wikimedia Commons

Amorfe former

I amorfe former forenes ikke karbonatomene, og utgjør en ordnet og regelmessig krystallstruktur. I stedet inneholder de til og med urenheter fra andre elementer.

antrasitt

Det er den eldste metamorfe mineralkullet (som kommer fra modifisering av bergarter ved effekter av temperatur, trykk eller kjemisk virkning av væsker), siden dens dannelse stammer fra den primære eller paleosoiske tiden, karbonperioden.

Antrasitt er den amorfe formen av karbon med det høyeste innholdet av dette elementet: mellom 86 og 95%. Den er grå-svart i farge med en metallisk glans, og den er tung og kompakt.

Antrasitt finnes vanligvis i geologiske deformasjonssoner og utgjør omtrent 1% av verdens kullreserver.

Geografisk finnes det i Canada, USA, Sør-Afrika, Frankrike, Storbritannia, Tyskland, Russland, Kina, Australia og Colombia.

Figur 5. Antrasitt, det eldste kullet med det høyeste karboninnholdet. Educerva, fra Wikimedia Commons

Kull

Det er et mineralkull, en sedimentær bergart av organisk opprinnelse, hvis dannelse stammer fra tidene Paleozoic og Mesozoic. Den har et karboninnhold på mellom 75 og 85%.

Den er svart i fargen, preget av å være ugjennomsiktig og ha et matt og fettete utseende, da det har et høyt innhold av bituminøse stoffer. Det er dannet av komprimering av lignitt i den paleozoiske tiden, i karbonfiber og perm.

Det er den mest tallrike formen for karbon på planeten. Det er store kullforekomster i USA, Storbritannia, Tyskland, Russland og Kina.

lignitt

Det er et fossilt mineralkull som ble dannet i tertiærtiden fra torv ved kompresjon (høyt trykk). Det har et lavere karboninnhold enn kull, mellom 70 og 80%.

Det er et litt kompakt materiale, smuldret (et kjennetegn som skiller det fra andre karbonmineraler), brun eller svart i fargen. Teksturen er lik den av tre, og karboninnholdet varierer fra 60 til 75%.

Det er et lettantennelig drivstoff, med lav brennverdi og lavere vanninnhold enn torv.

Det er viktige lignittgruver i Tyskland, Russland, Tsjekkia, Italia (Veneto, Toscana, Umbria-regionene) og Sardinia. I Spania er lignittforekomstene i Asturias, Andorra, Zaragoza og La Coruña.

torv

Det er et materiale med organisk opprinnelse hvis dannelse kommer fra kvartærtiden, mye nyere enn tidligere kull.

Den er brunlig gul i fargen og vises i form av en svampaktig masse med lav tetthet, der du kan se planterester fra stedet der den oppsto.

I motsetning til kullene som er nevnt ovenfor, kommer torv ikke fra karboniseringsprosessene av treholdig materiale eller tre, men har blitt dannet av opphopning av planter - hovedsakelig gress og mose - i sumpete områder gjennom en karboniseringsprosess som ikke er fullført .

Torv har et høyt vanninnhold; av denne grunn krever det tørking og komprimering før bruk.

Den har et lavt karboninnhold (bare 55%); derfor har den en lav energiverdi. Når det blir utsatt for forbrenning, er det askerester som er rikelig, og det avgir mye røyk.

Det er viktige forekomster av torv i Chile, Argentina (Tierra del Fuego), Spania (Espinosa de Cerrato, Palencia), Tyskland, Danmark, Holland, Russland, Frankrike.

Figur 6. Torvmagasin. Christian Fischer, fra Wikimedia Commons

Olje, naturgass og bitumen

Petroleum (fra latin petrae, som betyr "stein"; og oleum, som betyr "olje": "steinolje") er en blanding av mange organiske forbindelser - de fleste av disse hydrokarboner - produsert av anaerob bakteriell nedbrytning (i fravær av oksygen) av organisk materiale.

Det ble dannet i undergrunnen, på store dyp og under spesielle forhold både fysiske (høye trykk og temperaturer) og kjemisk (nærvær av spesifikke katalysatorforbindelser) i en prosess som tok millioner av år.

Under denne prosessen ble C og H frigjort fra det organiske vevet og sammenføyd, rekombinert igjen, for å danne et enormt antall hydrokarboner som blandes i henhold til deres egenskaper, og danner naturgass, olje og bitumen.

Verdens oljefelt er hovedsakelig lokalisert i Venezuela, Saudi-Arabia, Irak, Iran, Kuwait, De forente arabiske emirater, Russland, Libya, Nigeria og Canada.

Det er naturgassreserver i Russland, Iran, Venezuela, Qatar, USA, Saudi-Arabia og De forente arabiske emirater, blant andre.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Blant egenskapene til karbon kan vi nevne følgende:

Kjemisk symbol

C.

Atomnummer

6.

Fysisk tilstand

Fast, under normale trykk- og temperaturforhold (1 atmosfære og 25 ^° C).

Farge

Grå (grafitt) og gjennomsiktig (diamant).

Atommasse

12,011 g / mol.

Smeltepunkt

500 ^° C.

Kokepunkt

827 ^° C.

tetthet

2,62 g / cm ³ .

løselighet

Uoppløselig i vann, oppløselig i CCl ₄ karbon tetraklorid .

Elektronisk konfigurasjon

1s ² 2s ² 2p ² .

Antall elektroner i det ytre eller valensskallet

Fire.

Koblingsevne

Fire.

kjededannelse

Det har muligheten til å danne kjemiske forbindelser i lange kjeder.

Biogeokjemisk syklus

Karbonsyklusen er en biogeokjemisk sirkulær prosess som karbon kan utveksles mellom jordas biosfære, atmosfære, hydrosfæren og litosfæren.

Kunnskapen om denne sykliske prosessen med karbon på jorden gjør det mulig å demonstrere menneskelig handling på denne syklusen og dens konsekvenser for globale klimaendringer.

Karbon kan sirkulere mellom havene og andre vannmasser, så vel som mellom litosfæren, i jord og undergrunnen, i atmosfæren og i biosfæren. I atmosfæren og hydrosfæren eksisterer karbon i gassform som CO ₂ (karbondioksid).

Fotosyntese

Karbon fra atmosfæren fanges opp av landlevende og akvatiske produserende organismer i økosystemer (fotosyntetiske organismer).

Fotosyntese lar en kjemisk reaksjon mellom CO ₂ og vann forekomme , formidlet av solenergi og klorofyll fra planter, for å produsere karbohydrater eller sukker. Denne prosessen transformerer enkle molekyler med lavt energiinnhold i CO ₂ , H ₂ O og oksygen O ₂ , til komplekse høyenergi-molekylformer, som er sukker.

Heterotrofe organismer - som ikke kan fotosynteser og er forbrukere i økosystemer - får karbon og energi ved å mate produsenter og andre forbrukere.

Respirasjon og nedbrytning

Respirasjon og nedbrytning er biologiske prosesser som frigivelse karbon til omgivelsene i form av CO ₂ eller CH ₄ (metan som produseres i anaerob nedbrytning, det vil si i fravær av oksygen).

Geologiske prosesser

Gjennom geologiske prosesser og som en konsekvens av tidens gang kan karbonet fra anaerob nedbrytning omdannes til fossile brensler som olje, naturgass og kull. På samme måte er karbon også en del av andre mineraler og bergarter.

Interferens av menneskelig aktivitet

Når mennesket bruker forbrenning av fossile brensler til energi, kommer karbon tilbake til atmosfæren i form av enorme mengder CO ₂ som ikke kan assimileres av den naturlige biogeokjemiske karbonsyklusen.

Dette overflødige CO _{2 som} produseres av menneskelig aktivitet, påvirker balansen i karbonsyklusen negativt og er den viktigste årsaken til den globale oppvarmingen.

Figur 2. Biogeokjemisk syklus av karbon. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Bruker Kevin Saff på en.wikipedia Avledende arbeid: FischX Oversettelse: Tomás Clarke, via Wikimedia Commons

applikasjoner

Bruken av karbon og dens forbindelser er ekstremt varierte. Den mest fremtredende med følgende:

Olje og naturgass

Den viktigste økonomiske bruken av karbon er representert ved at den brukes som et fossilt hydrokarbon, for eksempel metangass og olje.

Olje blir destillert i raffinerier for å oppnå flere derivater som bensin, diesel, parafin, asfalt, smøremidler, løsemidler og andre, som igjen brukes i den petrokjemiske industrien som produserer råvarer til plast-, gjødsel-, medikament- og malingsindustrien. , blant andre.

grafitt

Grafitt brukes i følgende handlinger:

- Det brukes til fremstilling av blyanter, blandet med leire.

- Det er en del av utdypingen av ildfaste murstein og digler, motstandsdyktig mot varme.

- I forskjellige mekaniske enheter som skiver, lagre, stempler og tetninger.

- Det er et utmerket solid smøremiddel.

- På grunn av den elektriske ledningsevnen og den kjemiske inertiteten, brukes den til fremstilling av elektroder, karboner for elektriske motorer.

- Den brukes som moderator i atomkraftverk.

Diamant

Diamond har spesielt eksepsjonelle fysiske egenskaper, for eksempel den høyeste grad av hardhet og varmeledningsevne som hittil er kjent.

Disse egenskapene tillater industrielle bruksområder i verktøy som brukes til å lage kutt og instrumenter for polering på grunn av deres høye slitasje.

De optiske egenskapene - som gjennomsiktighet og muligheten til å bryte ned hvitt lys og bryte lys - gir det mange bruksområder i optiske instrumenter, for eksempel i fremstilling av linser og prismer.

Den karakteristiske glansen avledet fra dens optiske egenskaper er også høyt verdsatt i smykkebransjen.

antrasitt

Antraksitt er vanskelig å tenne, den brenner sakte og krever mye oksygen. Forbrenningen gir lite blek blå flamme og avgir mye varme.

For noen år siden ble antrasitt brukt i termoelektriske anlegg og til husholdningsoppvarming. Bruken har fordeler som produksjon av lite aske eller støv, lite røyk og en langsom forbrenningsprosess.

På grunn av de høye økonomiske kostnadene og knappheten, har antracitt blitt erstattet av naturgass i termoelektriske anlegg og med elektrisitet i hjemmet.

Kull

Kull brukes som råstoff for å oppnå:

- Koks, drivstoff fra masovner i stålfabrikker.

- Kreosot, oppnådd ved å blande tjære-destillatene fra kull og brukt som et beskyttende fugemasse for treutsatt for elementene.

- Cresol (kjemisk metylfenol) ekstrahert fra kull og brukt som desinfiserende middel og antiseptisk middel,

- Andre derivater som gass, tjære eller bek, og forbindelser som brukes til fremstilling av parfymer, insektmidler, plast, maling, dekk og veibaner.

lignitt

Lignitt representerer et drivstoff av middels kvalitet. Jet, en rekke lignitt, er preget av å være veldig kompakt på grunn av den lange karboniseringsprosessen og høye trykk, og brukes i smykker og ornamentikk.

torv

Torv brukes i følgende aktiviteter;

- For vekst, støtte og transport av plantearter.

- Som organisk kompost.

- Som et dyreseng i stall.

- Som drivstoff av lav kvalitet.

referanser

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. and Price, G. (2017). Kjemi3: Introduksjon av uorganisk, organisk og fysisk kjemi. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kongen av elementene? Nanoteknologi. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. og Zandbergen, H. (2004). Superlubricity av grafitt. Fysiske gjennomgangsbrev. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. og Sumiya, H. (2003). Materialer: Ultrahard polykrystallinsk diamant fra grafitt. Natur. 421 (6923): 599–600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Målinger av smeltepunktet for grafitt og egenskapene til flytende karbon (en gjennomgang for 1963–2003). Kull. 43 (6): 1115. doi: 10.1016