פחמן בטבע שבו הוא נמצא ואיך, תכונות, משתמש

ה פחמן בטבע ניתן למצוא אותו ביהלומים, נפט וגרפיטי, בין תרחישים רבים אחרים. יסוד כימי זה תופס את המקום השישי בטבלה המחזורית והוא ממוקם בשורה האופקית או בתקופה 2 ובעמוד 14. הוא לא מתכתי ו tetravalent; כלומר, ניתן ליצור 4 קשרים כימיים של אלקטרונים משותפים או קשרים קוולנטיים.

פחמן הוא האלמנט עם השפע הגדול ביותר בקרום כדור הארץ. שפע זה, מגוון ייחודי של ההיווצרות של תרכובות אורגניות והיכולת יוצאת הדופן שלהם כדי ליצור מקרומולקולות או פולימרי הטמפרטורות בדרך נתקלו בכדור הארץ, אין לשמש גורם משותף לכל צורות החיים מוכרים.

פחמן קיים בטבע כמו יסוד כימי ללא שילוב של צורות של גרפיט ויהלום. עם זאת, על פי רוב הוא משולב ליצירת תרכובות פחמן כימי, כגון סידן פחמתי (CaCO).₃) ותרכובות אחרות בנפט וגז טבעי.

זה גם יוצר כמה מינרלים כגון anthracite, פחם, lignite ו כבול. החשיבות הגדולה ביותר של פחמן היא שהיא מהווה את מה שמכונה "בלוק הבניין של החיים" והוא נוכח בכל אורגניזמים חיים.

אינדקס

• 1 היכן נמצא פחמן ובאיזו צורה?
  • 1.1 צורות קריסטל
  • 1.2 צורות אמורפיות
  • 1.3 נפט, גז טבעי וביטומן
• תכונות פיסיקליות וכימיות
  • 2.1 סמל כימי
  • 2.2 מספר אטומי
  • 2.3 מצב פיזי
  • 2.4 צבע
  • 2.5 אטומית
  • 2.6 נקודת התכה
  • 2.7 נקודת רתיחה
  • 2.8 צפיפות
  • 2.9 מסיסות
  • 2.10 תצורה אלקטרונית
  • 2.11 מספר אלקטרונים בשכבה החיצונית או בשכבה
  • 2.12 קיבולת קישור
  • 2.13 Catenación
• 3 מחזור ביוגיאוכימי
  • 3.1 פוטוסינתזה
  • 3.2 נשימה ופירוק
  • 3.3 תהליכים גיאולוגיים
  • 3.4 הפרעה בפעילות האדם
• 4 שימושים
  • 4.1 נפט וגז טבעי
  • 4.2 גרפיט
  • 4.3 יהלום
  • 4.4 אנטראציט
  • 4.5 פחם קשה
  • 4.6 ליגניט
  • 4.7 כבול
• 5 הפניות

היכן נמצא הפחמן ובאיזו צורה?

בנוסף להיותו הרכיב הכימי המשותף לכל צורות החיים, פחמן בטבע קיים בשלוש צורות גבישיות: יהלומים, גרפיט ופולרן.

יש גם כמה צורות מינרל אמורפי של פחם (אנתרסיט, ליגניט, פחם, כבול), צורות נוזלי (זנים של שמנים) ו סודה (גז טבעי).

צורות קריסטל

בצורות הגבישיות, אטומי הפחמן מצטרפים ליצירת דפוסים מסודרים עם סידור גיאומטרי מרחבי.

גרפיט

זה מוצק רך של צבע שחור עם ברק או ברק מתכתי ועמיד בפני חום (עקשן). המבנה הגבישי שלה מציג אטומי פחמן המחוברים בטבעות משושה, שמצטרפות זו לזו ויוצרים סדינים.

הפקדות גרפיט הם נדירים נמצאו בסין, הודו, ברזיל, צפון קוריאה וקנדה.

יהלום

זה מוצק מאוד, שקוף למעבר אור הרבה יותר צפוף מאשר גרפיט: הערך של צפיפות היהלום שווה כמעט כפול מזה של גרפיט.

אטומי הפחמן ביהלום מצטרפים לגיאומטריה של טטראדרלה. כמו כן, היהלום נוצר מ גרפיט נתון בתנאים של טמפרטורות גבוהות מאוד ולחצים (3000 ^°C ו 100 000 atm).

רוב היהלומים נמצאים בין 140 ו -190 ק"מ עמוק במעטפת. דרך התפרצויות וולקניות עמוקות, מגמה יכולה להסיע אותם למרחקים קרובים לפני השטח.

ישנם פיקדונות יהלומים באפריקה (נמיביה, גאנה, הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו, סיירה לאונה ודרום אפריקה), אמריקה (ברזיל, קולומביה, ונצואלה, גיאנה, פרו), אוקיאניה (אוסטרליה) ואסיה (הודו).

Fulerenos

הם צורות מולקולריות של פחמן היוצרות אשכולות של 60 ו -70 אטומי פחמן במולקולות כדוריות כמעט, בדומה לכדורגל.

יש גם פולרנים קטנים מ -20 אטומי פחמן. כמה צורות של fullerenes כוללים צינורות פחמן וסיבי פחמן.

צורות אמורפיות

בצורות אמורפיות אטומי הפחמן אינם מתאחדים, המהווים מבנה גבישי מסודר וקבוע. במקום זאת, הם מכילים גם זיהומים מרכיבים אחרים.

Anthracite

זהו מותמרים פחם הבכור (אשר מגיע מן סלעי שינוי השפעות של טמפרטורה, לחץ או פעולה כימית של נוזלים) מאז הקמתו שתחילתה בעידן הראשוני או Paleozoic, תקופת הקרבון.

Anthracite הוא צורה אמורפי של פחמן בעל תוכן גבוה יותר של אלמנט זה: בין 86 ל 95%. הוא אפור-שחור ומתכתי מבריק, והוא כבד וקומפקטי.

באופן כללי, אנתרסיט נמצא באזורים של דפורמציה גיאולוגית ומהווה כ 1% של עתודות הפחם בעולם.

גיאוגרפית היא נמצאת בקנדה, ארה"ב, דרום אפריקה, צרפת, בריטניה, גרמניה, רוסיה, סין, אוסטרליה וקולומביה.

פחם קשה

זהו פחם מינרלי, סלע משקע ממוצא אורגני, אשר היווצרותו מן התקופות Paleozoic ו Mesozoic. יש לו תוכן פחמן בין 75 ל 85%.

הוא שחור, הוא מאופיין על ידי להיות אטום בעל מראה מאט ושמנוני, שכן יש תוכן גבוה של חומרים ביטומני. הוא נוצר על ידי דחיסה של ליגנית בעידן Paleozoic, בתקופות Carboniferous ופרמי.

זהו הצורה הנפוצה ביותר של פחם על הפלנטה. ישנם פחם פחם גדול בארצות הברית, בריטניה, גרמניה, רוסיה וסין.

ליגניט

זהו פחם מינרלי מאובנים שנוצרו בגיל שלישוני מ כבול על ידי דחיסה (לחצים גבוהים). יש לו פחמן תוכן נמוך יותר מאשר פחם, בין 70 ל 80%.

זהו חומר קומפקטי קטן, מתפורר (מאפיין שמבדיל אותו ממכרות פחמן אחרים), חום או שחור. המרקם שלה דומה לזה של עץ טווחי פחמן התוכן שלה בין 60 ל 75%.

זהו דלק הצתה קל, עם ערך קלורי נמוך ותכולת מים נמוכה יותר מאשר כבול.

ישנם מכרות ליגניט חשובים בגרמניה, רוסיה, צ'כיה, איטליה (אזורי ונטו, טוסקנה, אומבריה) וסרדיניה. בספרד הפיקדונות lignite נמצאים אסטוריאס, אנדורה, סרגוסה ו La Coruña.

כבול

זהו חומר ממוצא אורגני שיצירתו באה מן העידן הרבעוני, הרבה יותר מאשר בגחלים הקודמות.

זהו צבע חום-צהוב ונראה כמסה ספוגית בעלת צפיפות נמוכה, שבה ניתן לראות שרידי צמחים ממקום מקורו.

בניגוד הפחם הנ"ל, כבול לא מתהליכי פִּחמוּן של חומר עץ או עץ, אבל נוצר בעיקר על ידי הצטברות של צמחים ועשבי תיבול ביצות musgos- בתהליך פִּחמוּן לא הושלמה.

לכבול יש תכולת מים גבוהה; מסיבה זו זה דורש ייבוש דחיסה לפני השימוש.

יש לו תוכן פחמן נמוך (רק 55%); לכן, יש לו ערך אנרגיה נמוכה. כאשר חשופים שריפה, שאריות אפר שלה הוא שופע פולט הרבה עשן.

ישנם פיקדונות כבול חשובים בצ'ילה, ארגנטינה (Tierra del Fuego), ספרד (Espinosa de Cerrato, Palencia), גרמניה, דנמרק, הולנד, רוסיה, צרפת.

נפט, גז טבעי וביטומן

שמן (מלטינית) פטרא, שפירושו "אבן"; ו oleum, שפירושו "שמן", "שמן רוק") הוא תערובת של תרכובות אורגניות רבות -The ביותר hydrocarbons- המיוצר כתוצאה מפירוק בקטריאלי אנאירובי (בהיעדר חמצן) של חומר אורגני.

הוא נוצר בתת הקרקע, בעומקים גדולים ובתנאים מיוחדים הן פיזית (לחצים גבוהים וטמפרטורות) וכימיים (נוכחות של תרכובות זרז ספציפיות) בתהליך שלוקח מיליוני שנים.

במהלך תהליך זה C ו- H משוחרר של רקמות אורגניות והצטרפו בהצרפת שוב כדי ליצור מספר עצום של פחמימנים מעורבבים על פי תכונותיהם, ויוצרי גז טבעי, נפט ביטומן.

שדות הנפט של הפלנטה ממוקמים בעיקר בוונצואלה, ערב הסעודית, עיראק, איראן, כוויית, איחוד האמירויות הערביות, רוסיה, לוב, ניגריה וקנדה.

יש עתודות גז טבעי ברוסיה, איראן, ונצואלה, קטאר, ארצות הברית, ערב הסעודית ואיחוד האמירויות הערביות, בין היתר.

תכונות פיסיקליות וכימיות

בין תכונות הפחם אנו יכולים להזכיר את הדברים הבאים:

סמל כימי

ג.

מספר אטומי

6.

מצב פיזי

מוצק, בתנאים רגילים של לחץ וטמפרטורה (1 אווירה ו 25 ^°ג).

צבע

גריי (גרפיט) ​​ושקוף (יהלום).

מסה אטומית

12,011 גרם / mol.

נקודת התכה

500 ^°ג.

נקודת רתיחה

827 ^°ג.

צפיפות

2.62 גרם / ס"מ³.

מסיסות

מסיס במים, מסיסים פחמן tetrachloride CCl₄.

תצורה אלקטרונית

1s² 2s² 2p².

מספר אלקטרונים בשכבה החיצונית או בעדינות

4.

קיבולת הקישור

4.

ציפור

יש לו את היכולת ליצור תרכובות כימיות ברשתות ארוכות.

מחזור ביוגיאוכימי

מחזור הפחמן הוא תהליך ביוגיוכימי עגול שדרכו ניתן להחליף את הפחמן בין הביוספרה, האווירה, ההידרוספרה והליתוספרה הארצית.

הידע של תהליך פחמן מחזורי זה על כדור הארץ מאפשר להפגין פעילות אנושית על מחזור זה ועל השלכותיו על שינוי האקלים העולמי.

פחמן יכול להתפשט בין האוקיינוסים וגופים אחרים של מים, כמו גם בין ליתוספירה, בקרקע ותת הקרקע, באטמוספירה וביוספרה. באטמוספרה ובהיידרוספרה, קיים פחמן בצורת גז כמו CO₂ (פחמן דו חמצני).

פוטוסינתזה

הפחמן באטמוספירה נתפס על ידי האורגניזמים הימיים והמימיים של המערכות האקולוגיות (אורגניזמים פוטוסינתטיים).

פוטוסינתזה מאפשרת תגובה כימית בין CO להתרחש₂ ומים, מתווכת על ידי אנרגיה סולארית ו chlorophyll מצמחים, לייצר פחמימות או סוכרים. תהליך זה הופך מולקולות פשוטות עם תוכן אנרגיה נמוכה CO₂, ח₂O וחמצן O₂, בצורות מולקולריות מורכבות של אנרגיה גבוהה, שהן סוכרים.

האורגניזמים ההטרו-טרופיים - שאינם יכולים לבצע את הפוטוסינתזה ושהם הצרכנים במערכות האקולוגיות - מקבלים פחמן ואנרגיה כשהם מזינים את עצמם מהיצרנים ומהצרכנים האחרים.

נשימה ופירוק

נשימה ופירוק הם תהליכים ביולוגיים המשחררים פחמן לסביבה בצורה של CO₂ או CH₄ (מתאן המיוצר בפירוק האנאירובי, כלומר, בהעדר חמצן).

תהליכים גיאולוגיים

באמצעות תהליכים גיאולוגיים וכתוצאה מחלוף הזמן, הפחמן של הפירוק האנאירובי יכול להפוך לדלקים מאובנים כגון נפט, גז טבעי ופחם. כמו כן, פחמן הוא גם חלק מינרלים וסלעים אחרים.

הפרעה בפעילות האדם

כאשר האדם משתמש בשריפת דלקים מאובנים לאנרגיה, חוזר הפחמן לאטמוספירה בצורה של כמויות עצומות של CO₂ זה לא יכול להיות מתבוללים על ידי מחזור ביוגיוכימי טבעי של פחמן.

זה עודף CO₂ המיוצר על ידי הפעילות האנושית שלילית משפיע על האיזון של מחזור הפחמן הוא הגורם העיקרי להתחממות כדור הארץ.

שימושים

השימושים של פחמן ותרכובותיו מגוונים מאוד. הבולט שבהם:

נפט וגז טבעי

השימוש הכלכלי העיקרי בפחמן מיוצג בשימוש בו כפחמימני דלק מאובנים, כגון גז מתאן ונפט..

השמן הוא מזוקק בבתי זיקוק להשיג נגזרים מרובים כגון בנזין, סולר, קרוסין, אספלט, חומרי סיכה, ממסים אחרים, אשר בתורו משמשים לתעשייה הפטרוכימית לייצור חומר גלם לתעשיית הפלסטיקה, דשנים, התרופות וצבעים , בין היתר.

גרפיט

גרפיט משמש את הפעולות הבאות:

- הוא משמש לייצור עפרונות, מעורבב עם טיט.

- זהו חלק של ייצור של לבנים עקשן ו crucibles, עמיד בחום.

- במכשירים מכניים שונים כגון מכונות כביסה, מסבים, בוכנות ואטמים.

- זה חומר סיכה מוצק מעולה.

- בגלל המוליכות החשמלית שלה ואת אדישות הכימי שלה, הוא משמש לייצור של אלקטרודות, גחלים מנוע חשמלי.

- הוא משמש כמנחה בתחנות כוח גרעיניות.

יהלום

לדאימונד יש מאפיינים פיזיים יוצאי דופן במיוחד, כגון דרגה גבוהה יותר של קשיות ומוליכות תרמית הידועה עד כה.

תכונות אלה מאפשרות יישומים תעשייתיים בכלים המשמשים לעשות חתכים ליטוש מכשירים עבור שחיקה גבוהה שלהם.

תכונות אופטיות כגון שקיפות והיכולת לשבור אור לבן לשבור שצבעם להעניק ליישומים רבים במכשירים אופטיים, וייצור של עדשות ו מנסר.

הבהירות המאפיינת את התכונות האופטיות שלה היא גם מאוד מוערך בתעשיית התכשיטים.

Anthracite

Anthracite יש קושי הצתה, הוא בוער איטי דורש הרבה חמצן. הבעירה שלה מייצרת להבה קטנה של צבע כחול בהיר פליטה של ​​הרבה חום.

לפני כמה שנים, anthracite שימש צמחים thermoelectric ו לחימום המקומי. השימוש שלה יש יתרונות כגון ייצור של אפר קטן או אבק, עשן קטן תהליך בעירה איטית.

בשל העלות הכלכלית הגבוהה שלה ומחסור, anthracite הוחלף על ידי גז טבעי צמחים thermoelectric ועל ידי חשמל בבית.

פחם קשה

פחם משמש חומר גלם להשיג:

- קוקה קולה, דלק מתנורי הפיצוץ במפעלי פלדה.

- Creosote, המתקבל על ידי ערבוב זפת זיקוק מ פחם קשה משמש איטום מגן על עץ חשוף למזג האוויר.

- קרסול (כימית מתילפנול) המופק מפחם ומשמש כחומר חיטוי וחיטוי,

- נגזרות אחרות, כגון גז, זפת או זפת ותרכובות המשמשות לייצור בשמים, חומרי הדברה, פלסטיק, צבעים, צמיגים ומדרכות דרכים, בין היתר.

ליגניט

ליגניט מייצג דלק באיכות בינונית. סילון, מגוון של ליגניט, מאופיין להיות קומפקטי מאוד על ידי תהליך ארוך של פחמן בלחצים גבוהים, והוא משמש תכשיטים קישוט.

כבול

כבול משמש את הפעילויות הבאות;

- לצמיחה, תמיכה והתחבורה של מיני צמחים.

- כמו דשן אורגני.

- כמו מיטה של ​​חיות באורוות.

- כמו דלק באיכות נמוכה.

הפניות

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. and Price, G. (2017). כימיה 3: היכרות עם כימיה אורגנית ופיסיקלית. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד.
2. דמינג, א. (2010). מלך האלמנטים? ננוטכנולוגיה 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. and Zandbergen, H. (2004). Superlubricity של גרפיט. סקירה פיזית מכתבים. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. ו- Sumiya, H. (2003). חומרים: יהלום Ultycard polycrystalline מ גרפיט. הטבע 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. סאוואטימסקי, א. (2005). מדידות של נקודת ההיתוך של גרפיט ואת המאפיינים של פחמן נוזלי (סקירה עבור 1963-2003). פחמן. 43 (6): 1115. doi: 10.1016