UGLJIK U PRIRODI: MJESTO, SVOJSTVA I NAMJENE - GEOGRAFIJE - 2026

Ugljika u prirodi može naći u dijamanti, nafta i graphites, među mnogim drugim scenarijima. Ovaj kemijski element zauzima šesto mjesto u periodičnoj tablici, a nalazi se u vodoravnom redu ili točki 2 i stupcu 14. Nemetalni je i četverojelantan; to jest, može uspostaviti 4 dijeljene elektronske kemijske veze ili kovalentne veze.

Ugljik je najzastupljeniji element u zemljinoj kori. Ovo obilje, njegova jedinstvena raznolikost u stvaranju organskih spojeva i izuzetna sposobnost stvaranja makromolekula ili polimera pri temperaturama uobičajenim na Zemlji, čine ga zajedničkim elementom svih poznatih životnih oblika.

Slika 1. Ugljik u svom mineralnom obliku. Izvor: Rdamian1234, iz Wikimedia Commons

Ugljik postoji u prirodi kao kemijski element bez kombiniranja u oblicima grafita i dijamanata. Međutim, najvećim dijelom kombinira se s tvorbom ugljiko-kemijskih spojeva, poput kalcijevog karbonata (CaCO ₃) i drugih spojeva u nafti i prirodnom plinu.

Također formira razne minerale poput antracita, ugljena, lignita i treseta. Najveća važnost ugljika je u tome što on predstavlja takozvani „građevni blok života“ i prisutan je u svim živim organizmima.

Gdje se nalazi ugljik i u kojem obliku?

Osim što je kemijski element zajednički u svim oblicima života, ugljik je u prirodi prisutan i u tri kristalna oblika: dijamantu, grafitu i fullerenu.

Postoji i nekoliko amorfnih mineralnih oblika ugljena (antracit, lignit, ugljen, treset), tekućih oblika (sorte nafte) i plinovitih (prirodni plin).

Kristalni oblici

U kristalnim oblicima ugljikovi se atomi pridružuju oblikujući uređene uzorke s geometrijskim prostornim rasporedom.

Grafit

Meka je crna kruta tvar s metalnim sjajem ili sjajem i otporna na toplinu (vatrostalna). Njegova kristalna struktura predstavlja atome ugljika spojene u šesterokutne prstenove koji se zauzvrat spajaju u obliku limova.

Depoziti grafita su rijetki i pronađeni su u Kini, Indiji, Brazilu, Sjevernoj Koreji i Kanadi.

Dijamant

Čvrsta je krutina, prozirna za prolazak svjetlosti i puno gušća od grafita: vrijednost gustoće dijamanata gotovo je dvostruko veća od grafita.

Ugljikovi atomi u dijamantu povezani su u tetraedarskoj geometriji. Isto tako, dijamant je stvoren od grafita podvrgnutog uvjetima vrlo visokih temperatura i tlaka (3.000 ^° C i 100.000 atm).

Većina dijamanata nalazi se između 140 i 190 km duboko u plaštu. Kroz duboke vulkanske erupcije magma ih može prenijeti na udaljenosti blizu površine.

Nalazi se u Africi (Namibija, Gana, Demokratska Republika Kongo, Sijera Leone i Južna Afrika), Americi (Brazil, Kolumbija, Venezuela, Gvajana, Peru), Oceaniji (Australija) i Aziji (Indija).

Slika 3. Ugljen i dijamant. Izvor: XAVI999, iz Wikimedia Commons.

fulerena

Oni su molekularni oblici ugljika koji tvore nakupine od 60 i 70 atoma ugljika u gotovo sfernim molekulama, slično nogometnim loptama.

Postoje i manji fulereni s 20 atoma ugljika. Neki oblici fulerena uključuju ugljične nanocjevčice i ugljična vlakna.

Slika 4. Fuleren. IMeowbot, putem Wikimedia Commonsa

Amorfni oblici

U amorfnim oblicima ugljikovi se atomi ne sjedinjuju, čineći uređenu i pravilnu kristalnu strukturu. Umjesto toga, oni čak sadrže nečistoće iz drugih elemenata.

Antracit

To je najstariji metamorfni mineralni ugljen (koji dolazi iz izmjene stijena utjecajem temperature, tlaka ili kemijskog djelovanja fluida), jer njegovo nastajanje potječe iz primarne ili paleozojske ere, karbonskog razdoblja.

Antracit je amorfan oblik ugljika s najvišim sadržajem ovog elementa: između 86 i 95%. Sivo je crne boje s metalnim sjajem, a težak je i kompaktan.

Antracit se uglavnom nalazi u zonama geološke deformacije i predstavlja oko 1% svjetskih rezervi uglja.

Geografski ga nalazimo u Kanadi, SAD-u, Južnoj Africi, Francuskoj, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Rusiji, Kini, Australiji i Kolumbiji.

Slika 5. Antracit, najstariji ugljen s najvećim udjelom ugljika. Educerva, iz Wikimedia Commons

Ugljen

To je mineralni ugljen, sedimentna stijena organskog podrijetla, čija tvorba potječe iz paleozojske i mezozojske ere. Sadržaj ugljika je između 75 i 85%.

Crne je boje, karakterizira je neproziran i ima mat i mastan izgled, jer sadrži visoki sadržaj bituminoznih tvari. Nastaje stiskanjem lignita u paleozojskoj eri, u karbonifskom i permskom razdoblju.

To je najbrojniji oblik ugljika na planeti. Postoje velika ležišta ugljena u Sjedinjenim Državama, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Rusiji i Kini.

Lignit

To je mineralni fosilni ugljen nastao u tercijarnoj eri iz treseta kompresijom (visoki pritisci). Sadrži niži sadržaj ugljika od ugljena, između 70 i 80%.

To je malo kompaktan materijal, mršav (karakteristika koja ga razlikuje od ostalih ugljikovih minerala), smeđe ili crne boje. Tekstura je slična onoj u drvu, a sadržaj ugljika kreće se od 60 do 75%.

To je gorivo lako zapaljivo, s niskom kalorijskom vrijednošću i nižim sadržajem vode od treseta.

Postoje važni rudnici lignita u Njemačkoj, Rusiji, Češkoj, Italiji (regije Veneto, Toskana, Umbrija) i Sardiniji. U Španjolskoj se nalazišta lignita nalaze u Asturiji, Andori, Zaragozi i La Coruniji.

Treset

To je materijal organskog podrijetla, čije nastajanje potječe iz kvartarne ere, mnogo novije od prethodnih ugljena.

Smeđe je žute boje i pojavljuje se u obliku spužvaste mase niske gustoće, u kojoj možete vidjeti biljne ostatke s mjesta na kojem je nastao.

Za razliku od gore spomenutog ugljena, treset ne dolazi iz procesa karbonizacije drvnog materijala ili drva, već je nastao nakupljanjem biljaka - uglavnom trave i mahovine - u močvarnim područjima kroz proces karbonizacije koji nije završen., Treset ima visok udio vode; Iz tog razloga zahtijeva sušenje i zbijanje prije upotrebe.

Sadrži nizak sadržaj ugljika (samo 55%); stoga ima nisku energetsku vrijednost. Izloženi pepelom, kada je izložen izgaranju, obiluje i emitira puno dima.

Postoje važna ležišta treseta u Čileu, Argentini (Tierra del Fuego), Španjolskoj (Espinosa de Cerrato, Palencia), Njemačkoj, Danskoj, Holandiji, Rusiji, Francuskoj.

Slika 6. Rezervoar treseta. Christian Fischer, iz Wikimedia Commons

Nafta, prirodni plin i bitumen

Naftno ulje (od latinskog petrae, što znači "kamen"; oleum, što znači "nafta": "kamena nafta") je mješavina mnogih organskih spojeva - većinom ugljikovodika - proizvedenih anaerobnom bakterijskom razgradnjom (u nedostatku kisik) organske tvari.

Nastao je u podzemlju, na velikim dubinama i pod posebnim uvjetima, fizičkim (visoki pritisci i temperature) i kemijskim (prisustvo specifičnih spojeva katalizatora) u procesu koji je trajao milijune godina.

Tijekom ovog procesa, C i H su se oslobodili iz organskih tkiva i spojili, ponovno se rekombinirajući, kako bi tvorili neizmjerni broj ugljikovodika koji se miješaju prema svojim svojstvima, tvoreći prirodni plin, naftu i bitumen.

Svjetska naftna polja nalaze se uglavnom u Venezueli, Saudijskoj Arabiji, Iraku, Iranu, Kuvajtu, Ujedinjenim Arapskim Emiratima, Rusiji, Libiji, Nigeriji i Kanadi.

Postoje rezerve prirodnog plina u Rusiji, Iranu, Venezueli, Kataru, Sjedinjenim Državama, Saudijskoj Arabiji i Ujedinjenim Arapskim Emiratima, između ostalih.

Fizička i kemijska svojstva

Među svojstvima ugljika možemo spomenuti sljedeće:

Kemijski simbol

C.

Atomski broj

6.

Psihičko stanje

Čvrsta tvar, pod normalnim uvjetima pritiska i temperature (1 atmosfera i 25 ^° C).

Boja

Siva (grafitna) i prozirna (dijamantska).

Atomska masa

12.011 g / mol.

Talište

500 ^° C.

Vrelište

827 ^° C.

Gustoća

2,62 g / cm ³.

Topljivost

Netopljiv u vodi, topljiv u CCl ₄ ugljikova tetraklorida.

Elektronska konfiguracija

1s ² 2s ² 2p ².

Broj elektrona u vanjskoj ili valentnoj ljusci

Četiri.

Kapacitet veze

Četiri.

Catenation

Ima sposobnost stvaranja kemijskih spojeva u dugim lancima.

Biogeokemijski ciklus

Ciklus ugljika je biogeokemijski kružni proces kroz koji se ugljik može izmjenjivati ​​između Zemljine biosfere, atmosfere, hidrosfere i litosfere.

Poznavanje ovog cikličkog procesa ugljika na Zemlji omogućuje dokazivanje ljudskog djelovanja na ovaj ciklus i njegovih posljedica na globalne klimatske promjene.

Ugljik može kružiti između oceana i drugih vodnih tijela, kao i između litosfere, u tlu i podzemlju, u atmosferi i u biosferi. U atmosferi i hidrosferi ugljik postoji u plinovitom obliku kao CO ₂ (ugljični dioksid).

Fotosinteza

Ugljik iz atmosfere hvataju kopneni i vodeni organizmi u ekosustavima (fotosintetski organizmi).

Fotosinteza omogućava da se dogodi kemijska reakcija između CO ₂ i vode, posredovana sunčevom energijom i klorofilom iz biljaka, da nastanu ugljikohidrati ili šećeri. Ovaj proces pretvara jednostavne molekule s niskim sadržajem energije CO ₂, H ₂ O i kisika O ₂, u kompleks visoke energije molekularnim oblicima, koji su šećeri.

Heterotrofni organizmi - koji ne mogu fotosintetizirati i koji su potrošači u ekosustavima - dobivaju ugljik i energiju hraneći se proizvođačima i drugim potrošačima.

Respiracija i raspadanje

Disanje i raspadanje su biološki procesi koji oslobađanje ugljik u okoliš u obliku CO ₂ ili CH ₄ (metan proizvodi prilikom anaerobne razgradnje, to jest, u odsutnosti kisika).

Geološki procesi

Kroz geološke procese i kao posljedica vremena, ugljik iz anaerobnog raspada može se transformirati u fosilna goriva poput nafte, prirodnog plina i ugljena. Isto tako, ugljik je također dio ostalih minerala i stijena.

Smetanje ljudske aktivnosti

Kad čovjek koristi spaljivanje fosilnih goriva za energiju, ugljene vraća u atmosferu u obliku ogromne količine CO ₂ koji se ne može preraditi u prirodnom biogeokemijskom ciklusu ugljika.

Ovaj višak CO ₂ u produkciji ljudske aktivnosti negativno utječe na ravnotežu u ciklusu ugljika i to je glavni uzrok globalnog zatopljenja.

Slika 2. Biogeokemijski ciklus ugljika. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Korisnik Kevin Saff na en.wikipedia Derivatni rad: FischX Prijevod: Tomás Clarke, putem Wikimedia Commons

Prijave

Uporaba ugljika i njegovih spojeva vrlo je raznolika. Najistaknutiji sa sljedećim:

Nafta i prirodni plin

Glavna ekonomska upotreba ugljika predstavljena je uporabom ugljikovodika na fosilnom gorivu, poput plina metana i nafte.

Ulje se destilira u rafinerijama radi dobivanja višestrukih derivata poput benzina, dizela, kerozina, asfalta, maziva, otapala i drugih, koji se zauzvrat koriste u petrokemijskoj industriji koja proizvodi sirovine za industriju plastike, gnojiva, lijekova i boja., među ostalim.

Grafit

Grafit se koristi u sljedećim radnjama:

- Koristi se u proizvodnji olovaka, pomiješanih s glinom.

- Dio je izrade vatrostalnih opeka i lončića, otpornih na toplinu.

- U raznim mehaničkim uređajima kao što su podlošci, ležajevi, klipovi i brtve.

- Odlično je čvrsto mazivo.

- Zbog svoje električne vodljivosti i kemijske inertnosti koristi se u proizvodnji elektroda, ugljika za električne motore.

- Koristi se kao moderator u nuklearnim elektranama.

Dijamant

Dijamant ima posebno izuzetna fizička svojstva, kao što su najviši stupanj tvrdoće i toplinske vodljivosti do danas poznat.

Ove karakteristike omogućuju industrijsku primjenu u alatima koji se koriste za izradu rezova i instrumentima za poliranje zbog velike abrazivnosti.

Njegova optička svojstva - poput transparentnosti i sposobnosti razbijanja bijele svjetlosti i loma svjetlosti - daju joj brojne primjene u optičkim instrumentima, poput proizvodnje leća i prizmi.

Karakteristični sjaj koji proizlazi iz njegovih optičkih svojstava također je visoko cijenjen u industriji nakita.

Antracit

Antracit se teško zapaliti, sporo sagorijeva i zahtijeva puno kisika. Izgaranjem nastaje mali blijedoplavi plamen i emitira puno topline.

Prije nekoliko godina antracit se koristio u termoelektranama i za kućno grijanje. Njegova upotreba ima prednosti poput proizvodnje malo pepela ili prašine, malo dima i sporog procesa izgaranja.

Zbog visokih ekonomskih troškova i nedostatka antracit je zamijenjen prirodnim plinom u termoelektranama i električnom energijom u kućama.

Ugljen

Ugljen se koristi kao sirovina za dobivanje:

- Koks, gorivo iz visokih peći u čeličanima.

- Kreozot, dobiven miješanjem destilata katrana iz ugljena i koristi se kao zaštitno brtvilo za drvo izloženo elementima.

- Krezol (kemijski metilfenol) izdvojen iz ugljena i koristi se kao dezinficijens i antiseptik, - Ostali derivati ​​poput plina, katrana ili smole i spojevi koji se koriste u proizvodnji parfema, insekticida, plastike, boja, guma i kolnika.

Lignit

Lignit predstavlja gorivo srednje kvalitete. Jet, razni lignit, odlikuje se vrlo kompaktnim zbog dugog procesa karbonizacije i visokog pritiska, a koristi se u nakitu i ukrasima.

Treset

Treset se koristi u sljedećim aktivnostima;

- za rast, potporu i transport biljnih vrsta.

- Kao organski kompost.

- Kao životinjski krevet u staji.

- Kao gorivo niske kvalitete.

Reference

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. and Price, G. (2017). Kemija3: Uvođenje anorganske, organske i fizikalne kemije. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Kralj elemenata? Nanotehnologija. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. i Zandbergen, H. (2004). Izuzetno mazivost grafita. Pisma za fizički pregled. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. i Sumiya, H. (2003). Materijali: Ultrahard polikristalni dijamant iz grafita. Priroda. 421 (6923): 599–600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Mjerenja tališta grafita i svojstava tekućeg ugljika (pregled za 1963–2003). Ugljen. 43 (6): 1115. doi: 10.1016