OGLJIK V NARAVI: LOKACIJA, LASTNOSTI IN UPORABE - GEOGRAFÍA - 2026

Ogljika v naravi je mogoče najti v diamanti, nafta in grafiti, med mnogimi drugimi scenariji. Ta kemični element zaseda šesto mesto v periodični tabeli in je nameščen v vodoravni vrstici ali obdobju 2 in stolpcu 14. Je nekovinski in štirivalenten; to pomeni, da lahko vzpostavi 4 deljene elektronske kemijske vezi ali kovalentne vezi.

Ogljik je najpogostejši element v zemeljski skorji. Ta številčnost, njena edinstvena raznolikost tvorjenja organskih spojin in izjemna sposobnost tvorjenja makromolekul ali polimerov pri temperaturah, ki jih običajno najdemo na Zemlji, služijo kot skupni element vseh znanih življenjskih oblik.

Slika 1. Ogljik v svoji mineralni obliki. Vir: Rdamian1234, iz Wikimedia Commons

Ogljik v naravi obstaja kot kemični element, ne da bi se združeval v obliki grafita in diamanta. Vendar se večinoma kombinira, da tvori ogljikove kemične spojine, kot so kalcijev karbonat (CaCO ₃ ) in druge spojine v nafti in zemeljskem plinu.

Prav tako tvori različne minerale, kot so antracit, premog, lignit in šota. Največji pomen ogljika je, da predstavlja tako imenovani „gradnik življenja“ in je prisoten v vseh živih organizmih.

Kje najdemo ogljik in v kakšni obliki?

Poleg tega, da je ogljik v naravi pogost sestavni kemični element v naravi, je prisoten tudi v treh kristalnih oblikah: diamant, grafit in fuleren.

Obstaja tudi več amorfnih mineralnih oblik premoga (antracit, lignit, premog, šota), tekočih oblik (sorte nafte) in plinastih (zemeljski plin).

Kristalne oblike

V kristalnih oblikah se atomi ogljika združijo in tvorijo urejene vzorce z geometrijsko prostorsko razporeditvijo.

Grafit

Je mehka črna trdna snov s kovinskim sijajem ali sijajem in odporna na toploto (ognjevarna). Njegova kristalna struktura predstavlja ogljikove atome, ki so združeni v šestkotnih obročih, ki se nato združijo v tvorjene plošče.

Depoziti grafita so redki in jih najdemo na Kitajskem, v Indiji, Braziliji, Severni Koreji in Kanadi.

Diamant

Je zelo trda trdna snov, prozorna za prehod svetlobe in veliko gostejša od grafita: vrednost gostote diamanta je skoraj dvakrat večja od grafita.

Ogljikovi atomi v diamantu so združeni v tetraedrski geometriji. Prav tako se diamant oblikuje iz grafita, izpostavljenega pogojem zelo visokih temperatur in tlakov (3.000 ^° C in 100.000 atm).

Večina diamantov se nahaja med plaščem med 140 in 190 km. Skozi globoke vulkanske izbruhe jih lahko magma prevaža na razdalje blizu površine.

Nahaja se v Afriki (Namibija, Gana, Demokratična republika Kongo, Sierra Leone in Južna Afrika), Ameriki (Brazilija, Kolumbija, Venezuela, Gvajana, Peru), Oceaniji (Avstralija) in Aziji (Indija).

Slika 3. Premog in diamant. Vir: XAVI999, iz Wikimedia Commons.

Fullereni

So molekularne oblike ogljika, ki tvorijo grozde s 60 in 70 atomi ogljika v skoraj sferičnih molekulah, podobno kot nogometne žoge.

Obstajajo tudi manjši fulereni z 20 atomi ogljika. Nekatere oblike fulerenov vključujejo ogljikove nanocevke in ogljikova vlakna.

Slika 4. Fuleren. IMeowbot, prek Wikimedia Commons

Amorfne oblike

V amorfnih oblikah se atomi ogljika ne združujejo in tvorijo urejeno in pravilno kristalno strukturo. Namesto tega vsebujejo nečistoče iz drugih elementov.

Antracit

Je najstarejši metamorfni mineralni premog (ki prihaja iz sprememb kamnin zaradi vpliva temperature, tlaka ali kemičnega delovanja tekočin), saj nastajanje nastaja iz primarne ali paleozojske dobe, ogljikovega obdobja.

Antracit je amorfna oblika ogljika z najvišjo vsebnostjo tega elementa: med 86 in 95%. Je sivo-črne barve s kovinskim sijajem, ter težka in kompaktna.

Antracit običajno najdemo na območjih geoloških deformacij in predstavlja približno 1% svetovnih zalog premoga.

Geografsko ga najdemo v Kanadi, ZDA, Južni Afriki, Franciji, Veliki Britaniji, Nemčiji, Rusiji, Kitajski, Avstraliji in Kolumbiji.

Slika 5. Antracit, najstarejši premog z največjo vsebnostjo ogljika. Educerva, z Wikimedia Commons

Premog

Gre za mineralni premog, sedimentno kamnino organskega izvora, katere nastanek izhaja iz paleozojske in mezozojske dobe. Vsebnost ogljika je med 75 in 85%.

Je črne barve, za katero je značilno, da je neprozoren in ima mat in masten videz, saj ima visoko vsebnost bituminoznih snovi. Nastane s stiskanjem lignita v paleozojski dobi, v obdobju ogljika in perme.

Je najpogostejša oblika ogljika na planetu. Obstajajo velika nahajališča premoga v Združenih državah Amerike, Veliki Britaniji, Nemčiji, Rusiji in na Kitajskem.

Lignit

Gre za mineralni fosilni premog, ki je nastajal v terciarni dobi iz šote s stiskanjem (visoki pritiski). Ima manjšo vsebnost ogljika kot premog, med 70 in 80%.

Je rahlo kompakten material, drobljiv (značilnost, ki ga razlikuje od drugih ogljikovih mineralov), rjave ali črne barve. Njegova tekstura je podobna kot v lesu, vsebnost ogljika pa se giblje od 60 do 75%.

Je gorivo, ki ga je enostavno vžgati, z nizko kalorično vrednostjo in nižjo vsebnostjo vode kot šota.

V Nemčiji, Rusiji, na Češkem, v Italiji (regije Veneto, Toskana, Umbrija) in na Sardiniji obstajajo pomembni rudniki lignita. V Španiji so nahajališča lignita v Asturiji, Andori, Zaragozi in La Coruña.

Šota

Je material organskega izvora, katerega nastajanje prihaja iz kvartarne dobe, precej novejšega od prejšnjih premogov.

Je rjavkasto rumene barve in se pojavlja v obliki gobice z nizko gostoto, v kateri lahko vidite rastlinske ostanke z mesta, kjer je nastala.

Za razliko od zgoraj omenjenih premogov šota ne izvira iz procesov karbonizacije lesnega materiala ali lesa, ampak je nastala z kopičenjem rastlin - glavnega trav in mahov - na močvirnih območjih s postopkom karbonizacije, ki še ni bil zaključen. .

Šota ima visoko vsebnost vode; zaradi tega zahteva sušenje in stiskanje pred uporabo.

Ima nizko vsebnost ogljika (le 55%); zato ima nizko energijsko vrednost. Ko je izpostavljen zgorevanju, je njegov pepelni ostanek obilen in oddaja veliko dima.

V Čilu, Argentini (Tierra del Fuego), Španiji (Espinosa de Cerrato, Palencia), Nemčiji, na Danskem, Nizozemskem, v Rusiji, Franciji so pomembna nahajališča šote.

Slika 6. Rezervoar šote. Christian Fischer, z Wikimedia Commons

Olje, zemeljski plin in bitumen

Naftno olje (iz latinskega petrae, kar pomeni "kamen"; oleum, kar pomeni "nafta": "kamninsko olje") je mešanica številnih organskih spojin - večine ogljikovodikov -, ki nastanejo z anaerobno razgradnjo bakterij (če ni kisik) organske snovi.

Nastala je v podzemlju, na velikih globinah in pod posebnimi pogoji, tako fizičnimi (visoki pritiski in temperature) kot kemičnimi (prisotnost specifičnih katalizatorskih spojin) v procesu, ki je trajal milijone let.

Med tem postopkom sta se C in H sprostila iz organskih tkiv in se ponovno združila, da bi nastala ogromno število ogljikovodikov, ki se mešajo glede na svoje lastnosti in tvorijo zemeljski plin, nafto in bitumen.

Svetovna naftna polja so večinoma v Venezueli, Savdski Arabiji, Iraku, Iranu, Kuvajtu, Združenih arabskih emiratih, Rusiji, Libiji, Nigeriji in Kanadi.

Med drugim obstajajo rezerve zemeljskega plina v Rusiji, Iranu, Venezueli, Katarju, ZDA, Savdski Arabiji in Združenih arabskih emiratih.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Med lastnostmi ogljika lahko omenimo naslednje:

Kemični simbol

C.

Atomska številka

6.

Fizično stanje

Trdna pod normalnimi tlačnimi in temperaturnimi pogoji (1 atmosfera in 25 ^° C).

Barva

Siva (grafitna) in prozorna (diamantna).

Atomska masa

12.011 g / mol.

Tališče

500 ^° C.

Vrelišče

827 ^° C.

Gostota

2,62 g / cm ³ .

Topnost

Netopen v vodi, topen v CCl ₄ ogljikovem tetrakloridu .

Elektronska konfiguracija

1s ² 2s ² 2p ² .

Število elektronov v zunanji ali valenčni lupini

Štiri.

Povezava zmogljivosti

Štiri.

Katenacija

Ima sposobnost tvorjenja kemičnih spojin v dolgih verigah.

Biogeokemični cikel

Ogljikov cikel je biogeokemični krožni proces, skozi katerega se lahko ogljik izmenjuje med biosfero Zemlje, atmosfero, hidrosfero in litosfero.

Poznavanje tega cikličnega procesa ogljika na Zemlji omogoča prikaz človekovega delovanja na ta cikel in njegovih posledic na svetovne podnebne spremembe.

Ogljik lahko kroži med oceani in drugimi vodnimi telesi, pa tudi med litosfero, v tleh in podzemlju, v ozračju in biosferi. V atmosferi in hidrosferi ogljik obstaja v plinasti obliki kot CO ₂ (ogljikov dioksid).

Fotosinteza

Ogljik iz ozračja zajamejo kopenski in vodni organizmi v ekosistemih (fotosintetski organizmi).

Fotosinteza omogoča kemično reakcijo med CO ₂ in vodo, ki jo posredujejo sončna energija in klorofil iz rastlin, da nastanejo ogljikovi hidrati ali sladkorji. Ta postopek pretvori preproste molekule z nizko vsebnostjo CO ₂ , H ₂ O in kisika O ₂ v kompleksne visokoenergijske molekularne oblike, ki so sladkorji.

Heterotrofni organizmi - ki ne morejo fotosintetizirati in so v ekosistemih porabniki - pridobivajo ogljik in energijo s hranjenjem proizvajalcev in drugih porabnikov.

Vdihavanje in razpad

Dihanje in razgradnja so bioloških procesov, ki ogljika sproščanje v okolje v obliki CO ₂ ali CH ₄ (metan, proizveden v anaerobni razgradnji, se pravi, v odsotnosti kisika).

Geološki procesi

Z geološkimi procesi in posledično s časom se lahko ogljik iz anaerobne razgradnje pretvori v fosilna goriva, kot so nafta, zemeljski plin in premog. Prav tako je ogljik del drugih mineralov in kamnin.

Motenje človeške dejavnosti

Ko človek uporablja gorivo fosilnih goriv za energijo, se ogljik vrne v ozračje v obliki ogromnih količin CO _2, ki jih naravni biogeokemični cikel ogljika ne more usvojiti.

Ta presežek CO _2, ki ga povzroča človeška dejavnost, negativno vpliva na ravnovesje ogljikovega cikla in je glavni vzrok globalnega segrevanja.

Slika 2. Biogeokemični cikel ogljika. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Uporabnik Kevin Saff na en.wikipedia Izvedeno delo: FischX Prevod: Tomás Clarke, prek Wikimedia Commons

Prijave

Uporaba ogljika in njegovih spojin je zelo raznolika. Najbolj vidni z naslednjim:

Nafta in zemeljski plin

Glavno gospodarsko uporabo ogljika predstavlja njegova uporaba kot ogljikovodik iz fosilnih goriv, ​​kot sta metan in nafta.

Olje se destilira v rafinerijah, da se pridobijo številni derivati, kot so bencin, dizelsko gorivo, kerozin, asfalt, maziva, topila in drugo, ki se uporabljajo v petrokemični industriji, ki proizvaja surovine za industrijo plastike, gnojil, zdravil in barv. , med drugim.

Grafit

Grafit se uporablja v naslednjih dejanjih:

- Uporablja se pri izdelavi svinčnikov, pomešanih z glino.

- Je del izdelave ognjevzdržnih opek in lončkov, odpornih proti vročini.

- V različnih mehanskih napravah, kot so podložke, ležaji, bati in tesnila.

- Je odlično trdno mazivo.

- Zaradi svoje električne prevodnosti in kemijske inertnosti se uporablja pri izdelavi elektrod, ogljika za električne motorje.

- Uporablja se kot moderator v jedrskih elektrarnah.

Diamant

Diamant ima še posebej izjemne fizikalne lastnosti, kot sta najvišja stopnja trdote in toplotne prevodnosti, znane do danes.

Te lastnosti omogočajo industrijsko uporabo v orodjih, ki se uporabljajo za izdelavo rez in instrumentov za poliranje zaradi visoke abrazivnosti.

Njegove optične lastnosti - na primer prosojnost in zmožnost razbijanja bele svetlobe in loma svetlobe - dajejo ji veliko uporabe v optičnih instrumentih, na primer pri izdelavi leč in prizm.

Karakterističen lesk, ki izhaja iz njegovih optičnih lastnosti, je zelo cenjen tudi v nakitski industriji.

Antracit

Antracit se težko vžge, počasi gori in zahteva veliko kisika. Izgorevanje povzroča malo bledo modrega plamena in oddaja veliko toplote.

Pred nekaj leti so antracit uporabljali v termoelektrarnah in za ogrevanje gospodinjstev. Njegova uporaba ima prednosti, kot so proizvodnja malo pepela ali prahu, malo dima in počasen postopek zgorevanja.

Zaradi visokih ekonomskih stroškov in pomanjkanja je antracit v termoelektrarnah nadomestil zemeljski plin in elektrika.

Premog

Premog se uporablja kot surovina za pridobivanje:

- Koks, gorivo iz plavžev v jeklarnah.

- kreozot, pridobljen z mešanjem destilatov katrana iz premoga in uporabljen kot zaščitna tesnilna masa za les, ki je izpostavljen elementom.

- krezol (kemično metilfenol), ki se ekstrahira iz premoga in se uporablja kot razkužilo in antiseptik,

- Drugi derivati, kot so plin, katran ali smola, in spojine, ki se uporabljajo pri proizvodnji parfumov, insekticidov, plastike, barv, pnevmatik in cestnih tlakovcev.

Lignit

Lignit predstavlja gorivo srednje kakovosti. Jet, sorta lignita, je značilna, da je zaradi dolgega procesa karbonizacije in visokih pritiskov zelo kompaktna, uporablja pa se v nakitu in okrasnih delih.

Šota

Šota se uporablja pri naslednjih dejavnostih;

- za rast, podporo in prevoz rastlinskih vrst.

- Kot ekološki kompost.

- Kot postelja za živali v hlevih.

- Kot gorivo nizke kakovosti.

Reference

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. in Price, G. (2017). Kemija3: Uvajanje anorganske, organske in fizikalne kemije. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kralj elementov? Nanotehnologija. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. in Zandbergen, H. (2004). Izredno mazljivost grafita. Pisma o fizičnem pregledu. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. in Sumiya, H. (2003). Materiali: Ultrahard polikristalni diamant iz grafita. Narava. 421 (6923): 599–600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Meritve tališča grafita in lastnosti tekočega ogljika (pregled za 1963–2003). Premog. 43 (6): 1115. doi: 10.1016