DOĞADA KARBON: KONUM, ÖZELLIKLER VE KULLANIMLAR - COĞRAFYA - 2025

Doğada karbon birçok senaryo arasında elmas, yağ ve grafit, bulunabilir. Bu kimyasal element periyodik tabloda altıncı sırada yer alır ve yatay sıra veya periyot 2 ve sütun 14'te bulunur. Metalik değildir ve dört değerlidir; yani 4 paylaşımlı elektron kimyasal bağı veya kovalent bağ kurabilir.

Karbon, yer kabuğunda en bol bulunan elementtir. Bu bolluk, organik bileşiklerin oluşumundaki benzersiz çeşitliliği ve Dünya'da yaygın olarak bulunan sıcaklıklarda makromolekül veya polimerler oluşturma konusundaki olağanüstü yeteneği, bilinen tüm yaşam formlarının ortak bir öğesi olarak hizmet etmesini sağlar.

Şekil 1. Mineral halindeki karbon. Kaynak: Rdamian1234, Wikimedia Commons'tan

Karbon, doğada grafit ve elmas formlarında birleşmeden kimyasal bir element olarak bulunur. Bununla birlikte, çoğunlukla, kalsiyum karbonat (CaCO ₃ ) gibi karbon kimyasal bileşikleri ve petrol ve doğal gazdaki diğer bileşikleri oluşturmak üzere birleştirilir.

Ayrıca antrasit, kömür, linyit ve turba gibi çeşitli mineraller oluşturur. Karbonun en büyük önemi, "yaşamın yapı taşı" denen şeyi oluşturması ve tüm canlı organizmalarda mevcut olmasıdır.

Karbon nerede ve hangi biçimde bulunur?

Tüm yaşam biçimlerinde ortak bileşen kimyasal element olmasının yanı sıra, doğadaki karbon üç kristal formda bulunur: elmas, grafit ve fulleren.

Kömürün çeşitli amorf mineral formları (antrasit, linyit, kömür, turba), sıvı formlar (petrol çeşitleri) ve gazlı (doğal gaz) da vardır.

Kristal formlar

Kristal formlarda, karbon atomları geometrik uzamsal düzenleme ile sıralı desenler oluşturmak için birleşir.

Grafit

Metalik bir parlaklık veya parlaklık ve ısıya dayanıklı (refrakter) yumuşak siyah bir katıdır. Kristal yapısı, sırayla şekillendirme tabakalarını birleştiren altıgen halkalarda birleştirilmiş karbon atomları sunar.

Grafit yatakları nadirdir ve Çin, Hindistan, Brezilya, Kuzey Kore ve Kanada'da bulunmuştur.

Elmas

Çok sert bir katıdır, ışığın geçişine karşı şeffaftır ve grafitten çok daha yoğundur: Elmasın yoğunluğunun değeri grafitinkinin neredeyse iki katıdır.

Elmastaki karbon atomları, tetrahedral geometride birleştirilir. Aynı şekilde elmas, çok yüksek sıcaklık ve basınç koşullarına (3.000 ^° C ve 100.000 atm) maruz kalan grafitten oluşur .

Elmasların çoğu mantoda 140 ila 190 km derinlikte bulunur. Derin volkanik patlamalar yoluyla magma onları yüzeye yakın mesafelere taşıyabilir.

Afrika (Namibya, Gana, Demokratik Kongo Cumhuriyeti, Sierra Leone ve Güney Afrika), Amerika (Brezilya, Kolombiya, Venezuela, Guyana, Peru), Okyanusya (Avustralya) ve Asya'da (Hindistan) elmas yatakları bulunmaktadır.

Şekil 3. Kömür ve elmas. Kaynak: XAVI999, Wikimedia Commons'tan.

Fullerene

Futbol toplarına benzer şekilde neredeyse küresel moleküllerde 60 ve 70 karbon atomundan oluşan kümeler oluşturan moleküler karbon formlarıdır.

Ayrıca 20 karbon atomlu daha küçük fullerenler de vardır. Bazı fulleren formları arasında karbon nanotüpler ve karbon lifler bulunur.

Şekil 4. Fullerene. IMeowbot, Wikimedia Commons aracılığıyla

Amorf formlar

Amorf formlarda, karbon atomları birleşmez, düzenli ve düzenli bir kristal yapı oluşturur. Bunun yerine, diğer elementlerden safsızlıklar bile içerirler.

Antrasit

Oluşumu birincil veya Paleozoik dönem olan Karbonifer dönemine tarihlendiği için en eski metamorfik maden kömürüdür (sıvıların sıcaklık, basınç veya kimyasal etkilerinin etkisiyle kayaların modifikasyonundan gelir).

Antrasit, bu elementin en yüksek içeriğine sahip olan amorf karbon şeklidir:% 86 ile% 95 arasındadır. Metalik parlaklığa sahip gri-siyah renklidir ve ağır ve kompakttır.

Antrasit genellikle jeolojik deformasyon bölgelerinde bulunur ve dünya kömür rezervlerinin yaklaşık% 1'ini oluşturur.

Coğrafi olarak Kanada, ABD, Güney Afrika, Fransa, İngiltere, Almanya, Rusya, Çin, Avustralya ve Kolombiya'da bulunur.

Şekil 5. Antrasit, en eski ve en yüksek karbon içeriğine sahip kömür. Educerva, Wikimedia Commons'tan

Kömür

Oluşumu Paleozoik ve Mesozoyik dönemlere dayanan organik kökenli tortul bir kaya olan mineral bir kömürdür. % 75 ile% 85 arasında karbon içeriğine sahiptir.

Siyah renktedir, yüksek oranda bitümlü maddeler içerdiğinden opak ve mat ve yağlı bir görünüme sahiptir. Paleozoyik çağda, Karbonifer ve Permiyen dönemlerinde linyitin sıkışmasıyla oluşur.

Gezegendeki en bol karbon şeklidir. Amerika Birleşik Devletleri, İngiltere, Almanya, Rusya ve Çin'de büyük kömür yatakları var.

Linyit

Tersiyer çağında turbadan sıkıştırma (yüksek basınç) ile oluşan mineral fosil bir kömürdür. Kömürden% 70 ile 80 arasında daha düşük karbon içeriğine sahiptir.

Hafif kompakt bir malzemedir, ufalanmış (onu diğer karbon minerallerinden ayıran bir özelliktir), kahverengi veya siyah renklidir. Dokusu ahşaba benzer ve karbon içeriği% 60 ile% 75 arasında değişmektedir.

Düşük kalorifik değere ve turbadan daha düşük su içeriğine sahip, tutuşması kolay bir yakıttır.

Almanya, Rusya, Çek Cumhuriyeti, İtalya (Veneto, Toskana, Umbria bölgeleri) ve Sardinya'da önemli linyit madenleri bulunmaktadır. İspanya'da linyit yatakları Asturias, Andorra, Zaragoza ve La Coruña'da bulunmaktadır.

Turba

Oluşumu Kuvaterner döneminden gelen ve önceki kömürlerden çok daha yeni olan organik kökenli bir malzemedir.

Kahverengimsi sarı renktedir ve kaynaklandığı yerden bitki kalıntılarını görebileceğiniz düşük yoğunluklu süngerimsi bir kütle şeklinde görünür.

Yukarıda bahsedilen kömürlerden farklı olarak, turba odunsu malzeme veya odun karbonizasyon işlemlerinden gelmez, ancak henüz tamamlanmamış bir kömürleşme süreciyle bataklık alanlarında bitkilerin -çoğunlukla ot ve yosun- birikmesiyle oluşmuştur. .

Turba yüksek su içeriğine sahiptir; bu nedenle kullanmadan önce kurutma ve sıkıştırma gerektirir.

Düşük karbon içeriğine sahiptir (yalnızca% 55); bu nedenle düşük enerji değerine sahiptir. Yanmaya maruz kaldığında kül kalıntısı bol miktarda bulunur ve çok fazla duman çıkarır.

Şili, Arjantin (Tierra del Fuego), İspanya (Espinosa de Cerrato, Palencia), Almanya, Danimarka, Hollanda, Rusya, Fransa'da önemli turba yatakları bulunmaktadır.

Şekil 6. Turba rezervuarı. Wikimedia Commons'tan Christian Fischer

Petrol, doğal gaz ve bitüm

Petrol ("taş" anlamına gelen Latince petrae'den ve "petrol" anlamına gelen oleumdan: "kaya yağı"), anaerobik bakteri ayrışması ile üretilen birçok organik bileşiğin (çoğu hidrokarbonun) bir karışımıdır (yokluğunda oksijen) organik madde.

Milyonlarca yıl süren bir süreçte hem fiziksel (yüksek basınç ve sıcaklıklar) hem de kimyasal (belirli katalizör bileşiklerinin varlığı) altında, büyük derinliklerde ve özel koşullar altında oluşmuştur.

Bu işlem sırasında, C ve H organik dokulardan serbest bırakıldı ve yeniden birleşerek, özelliklerine göre karışan, doğal gaz, yağ ve bitüm oluşturan çok sayıda hidrokarbon oluşturmak için yeniden birleştirildi.

Dünyanın petrol yatakları başlıca Venezuela, Suudi Arabistan, Irak, İran, Kuveyt, Birleşik Arap Emirlikleri, Rusya, Libya, Nijerya ve Kanada'da bulunuyor.

Diğerlerinin yanı sıra Rusya, İran, Venezuela, Katar, Amerika Birleşik Devletleri, Suudi Arabistan ve Birleşik Arap Emirlikleri'nde doğal gaz rezervleri bulunmaktadır.

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Karbonun özellikleri arasında aşağıdakilerden bahsedebiliriz:

Kimyasal sembol

C.

Atomik numara

6.

Fiziksel durum

Katı, normal basınç ve sıcaklık koşulları altında (1 atmosfer ve 25 ^° C).

Renk

Gri (grafit) ve şeffaf (elmas).

Atom kütlesi

12.011 g / mol.

Erime noktası

500 ^° C

Kaynama noktası

827 ^° C

Yoğunluk

2.62 g / cm ³ .

Çözünürlük

Suda çözünmez, CCl ₄ karbon tetraklorürde çözünür .

Elektronik konfigürasyon

1s ² 2s ² 2p ² .

Dış veya değerlik kabuğundaki elektron sayısı

Dört.

Bağlantı kapasitesi

Dört.

Catenation

Uzun zincirlerde kimyasal bileşikler oluşturma özelliğine sahiptir.

Biyojeokimyasal döngü

Karbon döngüsü, karbonun Dünya'nın biyosfer, atmosfer, hidrosfer ve litosfer arasında değiştirilebildiği dairesel bir biyojeokimyasal süreçtir.

Dünyadaki bu döngüsel karbon sürecinin bilgisi, bu döngüdeki insan eylemini ve küresel iklim değişikliği üzerindeki sonuçlarını göstermeyi mümkün kılar.

Karbon, okyanuslar ve diğer su kütleleri arasında ve ayrıca litosfer arasında, toprakta ve toprakta, atmosferde ve biyosferde dolaşabilir. Atmosfer ve hidrosferde karbon CO gibi bir gaz halinde çıkmasını ₂ (karbon dioksit).

Fotosentez

Atmosferden gelen karbon, ekosistemlerde (fotosentetik organizmalar) karasal ve suda yaşayan organizmalar tarafından tutulur.

Fotosentez, bir kimyasal reaksiyon CO arasındaki meydana sağlar ₂ üretmek karbonhidrat veya şekerlere, bitkilerden güneş enerjisi ve klorofil aracılık ettiği ve su. Bu işlem, CO'nun düşük enerji içeriğine sahip basit moleküller dönüştürür ₂ H ₂ O ve oksijen O ₂ şekerlerdir kompleksi, yüksek enerjili molekül formları, içine.

Ekosistemlerde tüketiciler olan ve fotosentez yapamayan heterotrofik organizmalar, üreticileri ve diğer tüketicileri besleyerek karbon ve enerji elde ederler.

Solunum ve ayrışma

Solunum ve ayrışma biyolojik süreçlerin olduğu CO şeklinde çevreye salınım karbon ₂ ya da CH ₄ (anaerobik ayrışma üretilen metan, oksijen yokluğunda gelir).

Jeolojik süreçler

Jeolojik süreçler yoluyla ve zamanın bir sonucu olarak, anaerobik ayrışmadan kaynaklanan karbon, petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil yakıtlara dönüştürülebilir. Aynı şekilde, karbon da diğer minerallerin ve kayaların bir parçasıdır.

İnsan faaliyetine müdahale

Adam CO büyük miktarlarda şeklinde atmosfere fosil enerji için yakıtların karbon getiri yanmasını kullandığında ₂ doğal biyojeokimyasal karbon döngüsü tarafından asimile edilemez.

İnsan aktivitesi tarafından üretilen bu fazla CO ₂ , karbon döngüsünün dengesini olumsuz etkiler ve küresel ısınmanın ana nedenidir.

Şekil 2. Karbonun biyojeokimyasal döngüsü. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: en.wikipedia'da kullanıcı Kevin Saff Türev çalışma: FischX Translation: Tomás Clarke, Wikimedia Commons aracılığıyla

Uygulamalar

Karbon ve bileşiklerinin kullanımları oldukça çeşitlidir. Aşağıdakilerle en belirgin olanı:

Petrol ve doğal gaz

Karbonun temel ekonomik kullanımı, metan gazı ve petrol gibi bir fosil yakıt hidrokarbonu olarak kullanılmasıyla temsil edilmektedir.

Petrol, petrol, mazot, gazyağı, asfalt, yağlayıcılar, çözücüler ve diğerleri gibi birden çok türevi elde etmek için rafinerilerde damıtılır ve bunlar sırasıyla plastik, gübre, ilaç ve boya endüstrileri için hammadde üreten petrokimya endüstrisinde kullanılır. , diğerleri arasında.

Grafit

Grafit, aşağıdaki eylemlerde kullanılır:

- Kil ile karıştırılmış kurşun kalem imalatında kullanılır.

- Isıya dayanıklı refrakter tuğla ve potaların detaylandırılmasının bir parçasıdır.

- Rondelalar, yataklar, pistonlar ve contalar gibi çeşitli mekanik cihazlarda.

- Mükemmel bir katı yağlayıcıdır.

- Elektriksel iletkenliği ve kimyasal inertliğinden dolayı elektrot, elektrik motorları için karbon imalatında kullanılır.

- Nükleer santrallerde moderatör olarak kullanılır.

Elmas

Elmas, bugüne kadar bilinen en yüksek sertlik derecesi ve ısıl iletkenlik gibi özellikle olağanüstü fiziksel özelliklere sahiptir.

Bu özellikler, yüksek aşındırıcılıkları nedeniyle, kesme yapmak için kullanılan aletlerde ve parlatma aletlerinde endüstriyel uygulamalara izin verir.

Şeffaflık ve beyaz ışığı kırma ve ışığı kırma yeteneği gibi optik özellikleri, lens ve prizma üretimi gibi optik aletlerde birçok uygulama sağlar.

Optik özelliklerinden elde edilen karakteristik parlaklık, kuyumculuk endüstrisinde de oldukça değerlidir.

Antrasit

Antrasitin tutuşması zordur, yavaş yanar ve çok fazla oksijen gerektirir. Yanması küçük soluk mavi bir alev üretir ve çok fazla ısı yayar.

Birkaç yıl önce, antrasit termoelektrik tesislerde ve evsel ısıtma için kullanıldı. Kullanımının az kül veya toz üretimi, az duman ve yavaş yanma süreci gibi avantajları vardır.

Yüksek ekonomik maliyeti ve azlığı nedeniyle antrasit yerini termoelektrik santrallerde doğalgaza, evlerde elektriğe bırakmıştır.

Kömür

Kömür, aşağıdakileri elde etmek için hammadde olarak kullanılır:

- Kok, çelik fabrikalarındaki yüksek fırınlardan gelen yakıt.

- Kömürdeki katran distilatlarının karıştırılmasıyla elde edilen kreozot, elementlere maruz kalan ahşap için koruyucu dolgu macunu olarak kullanılır.

- Kömürden elde edilen ve dezenfektan ve antiseptik olarak kullanılan kresol (kimyasal olarak metilfenol),

- Diğerlerinin yanı sıra gaz, katran veya zift gibi diğer türevler ve parfümler, böcek öldürücüler, plastikler, boyalar, lastikler ve yol kaplamalarının imalatında kullanılan bileşikler.

Linyit

Linyit, orta kalitede bir yakıtı temsil eder. Jet, çeşitli linyit, uzun kömürleşme süreci ve yüksek basınç nedeniyle çok kompakt olmasıyla karakterize edilir ve mücevherat ve süslemede kullanılır.

Turba

Turba aşağıdaki faaliyetlerde kullanılmaktadır;

- Bitki türlerinin büyümesi, desteklenmesi ve taşınması için.

- Organik kompost olarak.

- Ahırda bir hayvan yatağı olarak.

- Düşük kaliteli yakıt olarak.

Referanslar

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. ve Price, G. (2017). Kimya3: İnorganik, Organik ve Fiziksel Kimyaya Giriş. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Elementlerin kralı mı? Nanoteknoloji. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. ve Zandbergen, H. (2004). Grafitin Süper Yağlanması. Fiziksel İnceleme Mektupları. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. ve Sumiya, H. (2003). Malzemeler: Grafitten ultra sert polikristalin elmas. Doğa. 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Grafitin erime noktası ölçümleri ve sıvı karbonun özellikleri (1963–2003 için bir inceleme). Kömür. 43 (6): 1115. doi: 10.1016