OGLEKLIS DABĀ: ATRAŠANĀS VIETA, ĪPAŠĪBAS UN LIETOJUMS - GEOGRAFÍA - 2025

Dabā Oglekļa var atrast dimantu, naftas un grafīts starp daudziem citiem scenārijiem. Šis ķīmiskais elements periodiskajā tabulā ieņem sesto vietu un atrodas horizontālajā rindā vai 2. periodā un 14. kolonnā. Tas ir nemetālisks un tetravalents; tas ir, tas var izveidot 4 dalītas elektronu ķīmiskās saites vai kovalentās saites.

Ogleklis ir visbagātākais elements zemes garozā. Šī pārpilnība, tās unikālā organisko savienojumu veidošanās daudzveidība un izcila spēja veidot makromolekulas vai polimērus temperatūrā, kas parasti sastopama uz Zemes, padara to par visu zināmo dzīvības formu kopīgu elementu.

1. attēls. Ogleklis tā minerālā formā. Avots: Rdamian1234, no Wikimedia Commons

Ogleklis dabā pastāv kā ķīmisks elements, neveidojoties grafīta un dimanta formās. Tomēr lielākoties tas tiek apvienots, veidojot oglekļa ķīmiskos savienojumus, piemēram, kalcija karbonātu (CaCO ₃ ) un citus savienojumus eļļā un dabasgāzē.

Tas veido arī dažādus minerālus, piemēram, antracītu, ogles, brūnogles un kūdru. Oglekļa vislielākā nozīme ir tam, ka tas veido tā saukto “dzīves sastāvdaļu” un atrodas visos dzīvajos organismos.

Kur un kādā formā ir atrodams ogleklis?

Papildus tam, ka ogleklis dabā ir kopīgs ķīmiskais elements visās dzīves formās, tas atrodas trīs kristāliskās formās: dimantā, grafītā un fullerēnā.

Ir arī vairākas amorfas ogļu minerālu formas (antracīts, lignīts, ogles, kūdra), šķidras formas (eļļas šķirnes) un gāzveida (dabasgāze).

Kristāliskās formas

Kristāliskās formās oglekļa atomi savienojas, veidojot sakārtotus modeļus ar ģeometrisko telpisko izvietojumu.

Grafīts

Tā ir mīksta melna cieta viela ar metāla spīdumu vai spīdumu un karstumizturīga (ugunsizturīga). Tās kristāliskajā struktūrā ir oglekļa atomi, kas savienoti sešstūru gredzenos, kuri, savukārt, savienojas, veidojot loksnes.

Grafīta nogulsnes ir reti sastopamas un ir atrastas Ķīnā, Indijā, Brazīlijā, Ziemeļkorejā un Kanādā.

Dimants

Tā ir ļoti cieta cieta viela, caurspīdīga gaismas caurlaidībai un daudz blīvāka nekā grafīts: dimanta blīvuma vērtība ir gandrīz divas reizes lielāka par grafīta vērtību.

Dimanta oglekļa atomi ir savienoti tetraedriskā ģeometrijā. Tāpat dimants tiek veidots no grafīta, kas pakļauts ļoti augstas temperatūras un spiediena (3000 ^° C un 100 000 atm) apstākļiem.

Lielākā daļa dimantu atrodas no 140 līdz 190 km dziļumā mantijā. Caur dziļiem vulkāna izvirdumiem magma tos var pārvadāt līdz attālumam tuvu virsmai.

Dimantu atradnes ir Āfrikā (Namībija, Gana, Kongo Demokrātiskā Republika, Sjerraleone un Dienvidāfrika), Amerikā (Brazīlija, Kolumbija, Venecuēla, Gajāna, Peru), Okeānijā (Austrālija) un Āzijā (Indija).

3. attēls. Ogles un dimants. Avots: XAVI999, no Wikimedia Commons.

Fullerenes

Tās ir oglekļa molekulārās formas, kas veido 60 un 70 oglekļa atomu kopas gandrīz sfēriskās molekulās, līdzīgas futbola bumbiņām.

Ir arī mazāki 20 oglekļa atomu fullerēni. Dažās fullēnu formās ietilpst oglekļa nanocaurules un oglekļa šķiedras.

4. attēls. Fullēns. IMeowbot, izmantojot Wikimedia Commons

Amorfas formas

Amorfās formās oglekļa atomi nesavienojas, veidojot sakārtotu un regulāru kristālisko struktūru. Tā vietā tie pat satur citu elementu piemaisījumus.

Antracīts

Tās ir vecākās metamorfās minerālogles (kuras rodas, iežiem modificējoties temperatūras, spiediena vai šķidrumu ķīmiskās iedarbības rezultātā), jo to veidošanās sākas primārajā jeb paleozoiskajā laikmetā - oglekļa periodā.

Antracīts ir amorfā oglekļa forma ar visaugstāko šī elementa saturu: no 86 līdz 95%. Tā ir pelēcīgi melnā krāsā ar metāla spīdumu, kā arī smaga un kompakta.

Antracīts parasti atrodas ģeoloģiskās deformācijas zonās un veido aptuveni 1% no pasaules ogļu rezervēm.

Ģeogrāfiski tas ir atrodams Kanādā, ASV, Dienvidāfrikā, Francijā, Lielbritānijā, Vācijā, Krievijā, Ķīnā, Austrālijā un Kolumbijā.

5. attēls. Antracīts, vecākās ogles ar visaugstāko oglekļa saturu. Educerva, no Wikimedia Commons

Akmeņogles

Tas ir minerālogles, organiskas izcelsmes nogulumiežu klintis, kuru veidošanās sākas paleozoisko un mezozoisko laikmetu laikā. Tā oglekļa saturs ir no 75 līdz 85%.

Tā ir melnā krāsā, tai raksturīga necaurspīdība, matēta un taukaina izskats, jo tajā ir augsts bitumena saturs. To veido brūnogļu saspiešana paleozoja laikmetā, oglekļa un Permijas periodos.

Tas ir visbagātākais oglekļa veids uz planētas. Amerikas Savienotajās Valstīs, Lielbritānijā, Vācijā, Krievijā un Ķīnā ir lielas ogļu atradnes.

Brūnogles

Tās ir fosilās minerāleļļas, kas terciārā laikmetā izveidojās no kūdras saspiežot (augsts spiediens). Tajā ir zemāks oglekļa saturs nekā oglēs - no 70 līdz 80%.

Tas ir nedaudz kompakts materiāls, drupans (īpašība, kas to atšķir no citiem oglekļa minerāliem), brūnā vai melnā krāsā. Tās tekstūra ir līdzīga koksnei, un oglekļa saturs svārstās no 60 līdz 75%.

Tā ir viegli aizdedzināma degviela ar zemu siltumspēju un zemāku ūdens saturu nekā kūdra.

Vācijā, Krievijā, Čehijas Republikā, Itālijā (Veneto, Toskānas, Umbrijas reģionos) un Sardīnijā ir svarīgas brūnogļu raktuves. Spānijā brūnogļu atradnes atrodas Astūrijā, Andorā, Saragosā un La Coruña.

Kūdra

Tas ir organiskas izcelsmes materiāls, kura veidošanās nāk no kvartāra laikmeta, kas ir daudz jaunāks nekā iepriekšējās ogles.

Tā ir brūngani dzeltenā krāsā un parādās zema blīvuma porainas masas formā, kurā var redzēt augu paliekas no vietas, kur tās radušās.

Atšķirībā no iepriekšminētajām oglēm, kūdra nenāk no koksnes materiāla vai koksnes karbonizācijas procesiem, bet ir izveidojusies, uzkrājot augus - galvenokārt zāles un sūnas - purvainos apgabalos, izmantojot gāzēšanas procesu, kas vēl nav pabeigts. .

Kūdrai ir augsts ūdens saturs; šī iemesla dēļ pirms lietošanas tai nepieciešama žāvēšana un sablīvēšana.

Tam ir zems oglekļa saturs (tikai 55%); tāpēc tai ir zema enerģētiskā vērtība. Pēc degšanas tās pelnu atlikumi ir bagātīgi un tie izdala daudz dūmu.

Svarīgas kūdras atradnes ir Čīlē, Argentīnā (Tierra del Fuego), Spānijā (Espinosa de Cerrato, Palencia), Vācijā, Dānijā, Holandē, Krievijā, Francijā.

6. attēls. Kūdras rezervuārs. Kristians Fišers, no Wikimedia Commons

Nafta, dabasgāze un bitumens

Nafta (no latīņu valodas petrae, kas nozīmē "akmens"; un oleum, kas nozīmē "eļļa": "akmens eļļa") ir daudzu organisko savienojumu - lielākoties ogļūdeņražu - maisījums, kas iegūts, sadaloties anaerobās baktērijās (ja nav organisko vielu skābeklis).

Tas tika izveidots augsnes pamatnē, lielā dziļumā un īpašos apstākļos - gan fizikāli (augsts spiediens un temperatūra), gan ķīmiski (īpašu katalizatora savienojumu klātbūtne) procesā, kas ilga miljoniem gadu.

Šī procesa laikā C un H tika atbrīvoti no organiskajiem audiem un atkal savienojās, lai izveidotu milzīgu skaitu ogļūdeņražu, kas sajaucas pēc to īpašībām, veidojot dabasgāzi, eļļu un bitumenu.

Pasaules naftas atradnes galvenokārt atrodas Venecuēlā, Saūda Arābijā, Irākā, Irānā, Kuveitā, Apvienotajos Arābu Emirātos, Krievijā, Lībijā, Nigērijā un Kanādā.

Dabasgāzes rezerves, cita starpā, ir Krievijā, Irānā, Venecuēlā, Katarā, ASV, Saūda Arābijā un Apvienotajos Arābu Emirātos.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Starp oglekļa īpašībām mēs varam minēt šādus:

Ķīmiskais simbols

C.

Atomu skaitlis

6.

Fiziskais stāvoklis

Ciets normālos spiediena un temperatūras apstākļos (1 atmosfēra un 25 ^° C).

Krāsa

Pelēks (grafīts) un caurspīdīgs (dimants).

Atomu masa

12,011 g / mol.

Kušanas punkts

500 ^° C.

Vārīšanās punkts

827 ^° C.

Blīvums

2,62 g / cm ³ .

Šķīdība

Nešķīst ūdenī, šķīst CCL ₄ oglekļa tetrahlorīda .

Elektroniskā konfigurācija

1s ² 2s ² 2p ² .

Elektronu skaits ārējā vai valences apvalkā

Četri.

Saites jauda

Četri.

Catenation

Tam ir spēja veidot ķīmiskus savienojumus garās ķēdēs.

Bioģeoķīmiskais cikls

Oglekļa cikls ir apļveida bioģīmiski process, kura laikā oglekli var apmainīties starp Zemes biosfēru, atmosfēru, hidrosfēru un litosfēru.

Zināšanas par šo ciklisko oglekļa procesu uz Zemes ļauj parādīt cilvēka rīcību šajā ciklā un tā sekas uz globālajām klimata izmaiņām.

Ogleklis var cirkulēt starp okeāniem un citiem ūdens objektiem, kā arī starp litosfēru, augsnē un zemes dzīlēs, atmosfērā un biosfērā. Atmosfērā un hidrosfērā ogleklis pastāv gāzveida formā kā CO ₂ (oglekļa dioksīds).

Fotosintēze

Oglekli no atmosfēras uztver sauszemes un ūdens organismus, kas ražo ekosistēmas (fotosintētiskos organismus).

Fotosintēze ļauj notikt ķīmiskajai reakcijai starp CO ₂ un ūdeni, ko medijē saules enerģija un hlorofils no augiem, lai iegūtu ogļhidrātus vai cukurus. Šis process vienkāršās molekulas ar zemu enerģijas saturu CO ₂ , H ₂ O un skābekli O ₂ pārveido sarežģītās augstas enerģijas molekulārajās formās, kas ir cukuri.

Heterotrofie organismi - kas nespēj fotosintēzes veidā un ir ekosistēmu patērētāji - iegūst oglekli un enerģiju, barojoties ar ražotājiem un citiem patērētājiem.

Elpošana un sadalīšanās

Respirācija un sadalīšanās ir bioloģiski procesi, kas vidē izdala oglekli CO ₂ vai CH _{4 veidā} (metāns, kas rodas anaerobos sadalīšanās procesos ; tas ir, ja nav skābekļa).

Ģeoloģiskie procesi

Ar ģeoloģisko procesu palīdzību laika gaitā ogleklis, kas rodas no anaerobās sadalīšanās, var tikt pārveidots par fosilajiem kurināmajiem, piemēram, eļļu, dabas gāzi un oglēm. Tāpat ogleklis ir arī citu minerālu un iežu sastāvdaļa.

Iejaukšanās cilvēka darbībā

Kad cilvēks enerģijas iegūšanai izmanto fosilo kurināmo, ogleklis atmosfērā atgriežas milzīga daudzuma CO _{2 veidā,} ko nevar pielīdzināt dabiskajam bioģeoķīmiskajam oglekļa ciklam.

Šis cilvēka darbības radītais CO ₂ pārpalikums negatīvi ietekmē oglekļa cikla līdzsvaru un ir galvenais globālās sasilšanas iemesls.

2. attēls. Oglekļa bioģeoķīmiskais cikls. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Lietotājs Kevins Safs vietnē en.wikipedia Atvasināts darbs: FischX Tulkojums: Tomás Clarke, izmantojot Wikimedia Commons

Lietojumprogrammas

Oglekļa un tā savienojumu pielietojums ir ārkārtīgi daudzveidīgs. Visizcilākie ar šādiem:

Nafta un dabasgāze

Galveno oglekļa izmantošanu ekonomikā raksturo tā kā fosilā kurināmā ogļūdeņraža, piemēram, metāna gāzes un eļļas, izmantošana.

Eļļa tiek destilēta rafinēšanas rūpnīcās, lai iegūtu vairākus atvasinājumus, piemēram, benzīnu, dīzeļdegvielu, petroleju, asfaltu, smērvielas, šķīdinātājus un citus, kurus savukārt izmanto naftas ķīmijas rūpniecībā, kas ražo izejvielas plastmasas, mēslošanas līdzekļu, zāļu un krāsu rūpniecībai. , starp citiem.

Grafīts

Grafītu izmanto šādās darbībās:

- To izmanto zīmuļu ražošanā, sajaucot ar māliem.

- Tā ir daļa no karstumizturīgu ķieģeļu un tīģeļu izstrādes.

- Dažādās mehāniskās ierīcēs, piemēram, paplāksnēs, gultņos, virzuļos un blīvējumos.

- Tā ir lieliska cieta smērviela.

- Pateicoties tā elektriskajai vadītspējai un ķīmiskajai inercei, to izmanto elektrodu, oglekļa ražošanā elektromotoriem.

- To izmanto kā moderatoru atomelektrostacijās.

Dimants

Dimantam ir īpaši izcilas fizikālās īpašības, piemēram, augstākā cietības pakāpe un siltumvadītspēja, kas līdz šim zināma.

Šīs īpašības ļauj rūpnieciski izmantot instrumentos, ko izmanto griezumu izgatavošanai, un pulēšanas instrumentiem to augstās abrazīvības dēļ.

Tā optiskās īpašības, piemēram, caurspīdīgums un spēja sadalīt balto gaismu un refrakcijas gaismu, to izmanto daudzos optiskos instrumentos, piemēram, objektīvu un prizmu ražošanā.

Raksturīgais spīdums, kas iegūts no tā optiskajām īpašībām, tiek augstu novērtēts arī juvelierizstrādājumu nozarē.

Antracīts

Antracītu ir grūti aizdedzināt, tas lēnām deg un prasa daudz skābekļa. Tā sadegšana rada maz gaiši zilu liesmu un izstaro daudz siltuma.

Pirms dažiem gadiem antracītu izmantoja termoelektrostacijās un mājas apkurei. Tā izmantošanai ir tādas priekšrocības kā nelielu pelnu vai putekļu, nelielu dūmu un lēna sadegšanas procesa radīšana.

Sakarā ar augstām ekonomiskajām izmaksām un trūkumu antracītu ir aizstājusi ar dabasgāzi termoelektrostacijās un ar elektrību mājās.

Akmeņogles

Kā izejvielu ogles izmanto, lai iegūtu:

- Kokss, degviela no domnām tērauda dzirnavās.

- Kreozots, ko iegūst, sajaucot darvas destilātus no oglēm un ko izmanto kā aizsargājošu hermētiķi koksnei, kas pakļauta elementiem.

- kreols (ķīmiski metilfenols), ko ekstrahē no oglēm un izmanto kā dezinfekcijas un antiseptisku līdzekli,

- citi atvasinājumi, piemēram, gāze, darva vai piķis, kā arī savienojumi, ko izmanto smaržu, insekticīdu, plastmasas, krāsu, riepu un ceļu segumu ražošanā.

Brūnogles

Brūnogles ir vidējas kvalitātes degviela. Strūklu, dažādu lignīta veidu, raksturo ļoti kompakta ilgstoša karbonizācijas procesa un augsta spiediena dēļ, un to izmanto rotaslietās un rotājumos.

Kūdra

Kūdra tiek izmantota šādās darbībās;

- Augu sugu augšanai, atbalstam un pārvadāšanai.

- Kā organiskais komposts.

- Kā dzīvnieku gulta staļļos.

- Kā zemas kvalitātes degviela.

Atsauces

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. un Price, G. (2017). Ķīmija3: neorganiskās, organiskās un fizikālās ķīmijas ieviešana. Oxford University Press.
2. Demings, A. (2010). Elementu karalis? Nanotehnoloģija. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. un Zandbergen, H. (2004). Grafīta pārāk sublimitāte. Fiziskās apskates vēstules. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. un Sumiya, H. (2003). Materiāli: Īpaši ciets polikristālisks dimants no grafīta. Daba. 421 (6923): 599–600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Grafīta kušanas temperatūras un šķidrā oglekļa īpašību mērījumi (pārskats par 1963. – 2003. Gadu). Akmeņogles. 43 (6): 1115. doi: 10.1016