KARBON DI ALAM: LOKASI, SIFAT DAN KEGUNAAN - GEOGRAFÍA - 2025

The karbon dalam alam semula jadi boleh didapati dalam berlian, minyak dan graphites, antara banyak senario lain. Unsur kimia ini menduduki tempat keenam dalam jadual berkala dan terletak di baris mendatar atau tempoh 2 dan lajur 14. Ia bukan logam dan tetravalen; iaitu, ia dapat mewujudkan 4 ikatan kimia elektron bersama atau ikatan kovalen.

Karbon adalah unsur paling banyak di kerak bumi. Kelimpahan ini, kepelbagaian uniknya dalam pembentukan sebatian organik, dan kemampuannya yang luar biasa untuk membentuk makromolekul atau polimer pada suhu yang biasa dijumpai di Bumi, menjadikannya berfungsi sebagai elemen umum dari semua bentuk kehidupan yang diketahui.

Rajah 1. Karbon dalam bentuk mineralnya. Sumber: Rdamian1234, dari Wikimedia Commons

Karbon wujud di alam sebagai unsur kimia tanpa bergabung dalam bentuk grafit dan berlian. Walau bagaimanapun, sebahagian besarnya digabungkan untuk membentuk sebatian kimia karbon, seperti kalsium karbonat (CaCO ₃ ) dan sebatian lain dalam minyak dan gas asli.

Ia juga membentuk pelbagai mineral seperti antrasit, arang batu, lignit, dan gambut. Kepentingan terbesar karbon adalah bahawa ia merupakan apa yang disebut "blok bangunan kehidupan" dan terdapat di semua organisma hidup.

Di manakah karbon dijumpai dan dalam bentuk apa?

Selain menjadi unsur kimia komponen umum dalam semua bentuk kehidupan, karbon di alam terdapat dalam tiga bentuk kristal: berlian, grafit, dan fullerene.

Terdapat juga beberapa bentuk mineral amorf arang batu (antrasit, lignit, arang batu, gambut), bentuk cair (jenis minyak) dan gas (gas asli).

Bentuk kristal

Dalam bentuk kristal, atom karbon bergabung membentuk corak teratur dengan susunan spasial geometri.

Grafit

Ia adalah pepejal hitam lembut dengan kilauan logam atau kilau dan tahan panas (tahan api). Struktur kristalnya menghadirkan atom karbon yang bergabung dalam cincin heksagon yang seterusnya bergabung membentuk kepingan.

Deposit grafit jarang ditemui dan terdapat di China, India, Brazil, Korea Utara, dan Kanada.

Berlian

Ia adalah pepejal yang sangat keras, telus ke arah cahaya dan lebih padat daripada grafit: nilai ketumpatan berlian hampir dua kali ganda daripada grafit.

Atom-atom karbon dalam berlian digabungkan dalam geometri tetrahedral. Begitu juga, berlian terbentuk dari grafit yang tertakluk pada keadaan suhu dan tekanan yang sangat tinggi (3,000 ^° C dan 100,000 atm).

Sebilangan besar berlian terletak di kedalaman 140 hingga 190 km di mantel. Melalui letusan gunung berapi yang mendalam, magma dapat mengangkutnya ke jarak yang dekat dengan permukaan.

Terdapat simpanan berlian di Afrika (Namibia, Ghana, Republik Demokratik Kongo, Sierra Leone dan Afrika Selatan), Amerika (Brazil, Colombia, Venezuela, Guyana, Peru), Oceania (Australia) dan Asia (India).

Rajah 3. arang batu dan berlian. Sumber: XAVI999, dari Wikimedia Commons.

Fullerenes

Mereka adalah bentuk molekul karbon yang membentuk gugus 60 dan 70 atom karbon dalam molekul hampir sfera, serupa dengan bola sepak.

Terdapat juga fullerenes 20 atom karbon yang lebih kecil. Beberapa bentuk fullerenes termasuk nanotube karbon dan serat karbon.

Rajah 4. Fullerene. IMeowbot, melalui Wikimedia Commons

Bentuk amorf

Dalam bentuk amorf, atom karbon tidak bersatu, membentuk struktur kristal teratur dan teratur. Sebaliknya, ia bahkan mengandungi kekotoran dari unsur lain.

Antrasit

Ini adalah arang batu mineral metamorfik tertua (yang berasal dari pengubahsuaian batuan oleh kesan suhu, tekanan atau tindakan kimia cecair), kerana pembentukannya bermula dari era primer atau Paleozoikum, zaman Carboniferous.

Anthracite adalah bentuk karbon amorf dengan kandungan unsur tertinggi: antara 86 dan 95%. Ia berwarna kelabu-hitam dengan kilauan logam, dan berat dan padat.

Anthracite umumnya terdapat di zon ubah bentuk geologi dan merupakan kira-kira 1% dari simpanan arang batu di dunia.

Secara geografinya terdapat di Kanada, Amerika Syarikat, Afrika Selatan, Perancis, Britain, Jerman, Rusia, China, Australia dan Colombia.

Gambar 5. Antrasit, arang batu tertua dengan kandungan karbon tertinggi. Educerva, dari Wikimedia Commons

Arang

Ini adalah arang batu mineral, batu sedimen yang berasal dari organik, yang pembentukannya berasal dari era Paleozoikum dan Mesozoikum. Ia mempunyai kandungan karbon antara 75 dan 85%.

Berwarna hitam, dicirikan oleh legap dan mempunyai penampilan matte dan berminyak, kerana kandungan zat bitumennya tinggi. Ia terbentuk oleh pemampatan lignit pada era Paleozoikum, pada zaman Karbon dan Permian.

Ini adalah bentuk karbon yang paling banyak di planet ini. Terdapat simpanan arang batu yang besar di Amerika Syarikat, Britain, Jerman, Rusia, dan China.

Lignit

Ini adalah arang batu fosil mineral yang terbentuk pada era Tersier dari gambut oleh pemampatan (tekanan tinggi). Ia mempunyai kandungan karbon lebih rendah daripada arang batu, antara 70 dan 80%.

Ia adalah bahan yang agak padat, rapuh (ciri yang membezakannya dengan mineral karbon lain), berwarna coklat atau hitam. Teksturnya serupa dengan kayu dan kandungan karbonnya berkisar antara 60 hingga 75%.

Ini adalah bahan bakar yang mudah dinyalakan, dengan nilai kalori rendah dan kandungan air lebih rendah daripada gambut.

Terdapat lombong lignit penting di Jerman, Rusia, Republik Czech, Itali (Veneto, Tuscany, wilayah Umbria) dan Sardinia. Di Sepanyol, simpanan lignit berada di Asturias, Andorra, Zaragoza dan La Coruña.

Gambut

Ini adalah bahan asal organik yang pembentukannya berasal dari era Kuarter, lebih baru daripada arang batu sebelumnya.

Berwarna kuning kecoklatan dan muncul dalam bentuk massa spongy berkepadatan rendah, di mana anda dapat melihat sisa-sisa tumbuhan dari tempat asalnya.

Tidak seperti arang batu yang disebutkan di atas, gambut tidak berasal dari proses karbonisasi dari bahan kayu atau kayu, tetapi telah terbentuk oleh pengumpulan tanaman -rumput utama dan lumut- di kawasan paya melalui proses karbonisasi yang belum selesai. .

Gambut mempunyai kandungan air yang tinggi; untuk alasan ini memerlukan pengeringan dan pemadatan sebelum digunakan.

Ia mempunyai kandungan karbon rendah (hanya 55%); oleh itu, ia mempunyai nilai tenaga yang rendah. Apabila mengalami pembakaran, residu abu banyak dan mengeluarkan banyak asap.

Terdapat simpanan gambut penting di Chile, Argentina (Tierra del Fuego), Sepanyol (Espinosa de Cerrato, Palencia), Jerman, Denmark, Belanda, Rusia, Perancis.

Rajah 6. takungan gambut. Christian Fischer, dari Wikimedia Commons

Minyak, gas asli dan bitumen

Petroleum (dari petrae Latin, yang bermaksud "batu"; dan oleum, yang bermaksud "minyak": "minyak batu") adalah campuran banyak sebatian organik - kebanyakannya hidrokarbon - dihasilkan oleh penguraian bakteria anaerob (sekiranya tiada oksigen) bahan organik.

Itu terbentuk di tanah bawah tanah, pada kedalaman yang besar dan dalam keadaan khas baik fizikal (tekanan tinggi dan suhu) dan kimia (kehadiran sebatian pemangkin tertentu) dalam proses yang memakan waktu berjuta-juta tahun.

Semasa proses ini, C dan H dibebaskan dari tisu organik dan bergabung, bergabung semula, untuk membentuk sejumlah besar hidrokarbon yang bercampur mengikut sifatnya, membentuk gas asli, minyak dan bitumen.

Ladang minyak dunia terletak terutamanya di Venezuela, Arab Saudi, Iraq, Iran, Kuwait, Emiriah Arab Bersatu, Rusia, Libya, Nigeria dan Kanada.

Terdapat rizab gas asli di Rusia, Iran, Venezuela, Qatar, Amerika Syarikat, Arab Saudi dan Emiriah Arab Bersatu, antara lain.

Sifat fizikal dan kimia

Antara sifat karbon kita boleh menyebutkan perkara berikut:

Simbol kimia

C.

Nombor atom

6.

Keadaan fizikal

Pepejal, dalam keadaan tekanan dan suhu biasa (1 atmosfera dan 25 ^° C).

Warna

Kelabu (grafit) dan telus (berlian).

Jisim atom

12.011 g / mol.

Takat lebur

500 ^° C.

Takat didih

827 ^° C.

Ketumpatan

2.62 g / cm ³ .

Keterlarutan

Tidak larut dalam air, larut dalam karbon tetraklorida CCl ₄ .

Konfigurasi elektronik

1s ² 2s ² 2p ² .

Bilangan elektron di cangkang luar atau valens

Empat.

Kapasiti pautan

Empat.

Catenation

Ia mempunyai keupayaan untuk membentuk sebatian kimia dalam rantai panjang.

Kitaran biogeokimia

Kitaran karbon adalah proses biogeokimia bulat di mana karbon dapat ditukar antara biosfer, atmosfer, hidrosfera, dan litosfer Bumi.

Pengetahuan mengenai proses siklus karbon di Bumi memungkinkan untuk menunjukkan tindakan manusia pada kitaran ini dan akibatnya terhadap perubahan iklim global.

Karbon dapat beredar di antara lautan dan badan air yang lain, serta antara litosfera, di tanah dan tanah, di atmosfera dan di biosfera. Di atmosfera dan hidrosfera, karbon wujud dalam bentuk gas sebagai CO ₂ (karbon dioksida).

Fotosintesis

Karbon dari atmosfera ditangkap oleh organisma penghasil daratan dan akuatik dalam ekosistem (organisma fotosintetik).

Fotosintesis membolehkan tindak balas kimia antara CO ₂ dan air berlaku , dimediasi oleh tenaga suria dan klorofil dari tumbuhan, untuk menghasilkan karbohidrat atau gula. Proses ini mengubah molekul sederhana dengan kandungan tenaga rendah CO ₂ , H ₂ O dan oksigen O ₂ , menjadi bentuk molekul tenaga tinggi kompleks, yang merupakan gula.

Organisma heterotrofik - yang tidak dapat berfotosintesis dan merupakan pengguna dalam ekosistem - memperoleh karbon dan tenaga dengan memberi makan kepada pengeluar dan pengguna lain.

Pernafasan dan penguraian

Pernafasan dan penguraian adalah proses biologi yang melepaskan karbon ke persekitaran dalam bentuk CO ₂ atau CH ₄ (metana yang dihasilkan dalam penguraian anaerob; iaitu, dengan ketiadaan oksigen).

Proses geologi

Melalui proses geologi dan sebagai akibat dari berlalunya masa, karbon dari penguraian anaerob dapat diubah menjadi bahan bakar fosil seperti minyak, gas asli dan arang batu. Begitu juga, karbon juga merupakan sebahagian daripada mineral dan batuan lain.

Gangguan aktiviti manusia

Apabila manusia menggunakan pembakaran bahan bakar fosil untuk tenaga, karbon kembali ke atmosfer dalam bentuk sejumlah besar CO ₂ yang tidak dapat diasimilasi oleh kitaran karbon biogeokimia semula jadi.

Lebihan CO _{2 ini yang} dihasilkan oleh aktiviti manusia memberi kesan negatif terhadap keseimbangan kitaran karbon dan merupakan penyebab utama pemanasan global.

Rajah 2. Kitaran karbon biogeokimia. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Pengguna Kevin Saff di en.wikipedia Karya terbitan: Terjemahan FischX: Tomás Clarke, melalui Wikimedia Commons

Permohonan

Penggunaan karbon dan sebatiannya sangat berbeza. Yang paling menonjol dengan yang berikut:

Minyak dan gas asli

Penggunaan ekonomi utama karbon diwakili oleh penggunaannya sebagai hidrokarbon bahan bakar fosil, seperti gas metana dan minyak.

Minyak disuling di kilang untuk memperoleh pelbagai derivatif seperti petrol, diesel, minyak tanah, asfalt, pelincir, pelarut dan lain-lain, yang seterusnya digunakan dalam industri petrokimia yang menghasilkan bahan mentah untuk industri plastik, baja, ubat-ubatan dan cat. , antara lain.

Grafit

Grafit digunakan dalam tindakan berikut:

- Ini digunakan dalam pembuatan pensil, dicampur dengan tanah liat.

- Ini adalah sebahagian daripada penjelajahan batu bata dan batu karang tahan api, tahan panas.

- Dalam pelbagai alat mekanikal seperti mesin basuh, galas, omboh dan meterai.

- Ini adalah pelincir pepejal yang sangat baik.

- Oleh kerana kekonduksian elektrik dan kelembapan kimianya, ia digunakan dalam pembuatan elektrod, karbon untuk motor elektrik.

- Digunakan sebagai moderator dalam loji tenaga nuklear.

Berlian

Diamond mempunyai sifat fizikal yang sangat luar biasa, seperti tahap kekerasan tertinggi dan kekonduksian terma yang diketahui setakat ini.

Ciri-ciri ini membolehkan aplikasi industri pada alat yang digunakan untuk membuat pemotongan dan instrumen untuk menggilap kerana sifat kasarnya yang tinggi.

Sifat optiknya - seperti ketelusan dan kemampuan untuk memecah cahaya putih dan cahaya bias - memberikan banyak aplikasi dalam instrumen optik, seperti dalam pembuatan lensa dan prisma.

Keistimewaan kilauan yang berasal dari sifat optiknya juga sangat dihargai dalam industri perhiasan.

Antrasit

Antrasit sukar dinyalakan, ia terbakar perlahan dan memerlukan banyak oksigen. Pembakarannya menghasilkan sedikit api biru pucat dan mengeluarkan banyak haba.

Beberapa tahun yang lalu, antrasit digunakan di kilang termoelektrik dan untuk pemanasan domestik. Penggunaannya mempunyai kelebihan seperti pengeluaran sedikit abu atau habuk, sedikit asap dan proses pembakaran yang perlahan.

Oleh kerana kos ekonomi yang tinggi dan kekurangannya, antrasit telah digantikan oleh gas asli di loji termoelektrik dan elektrik di rumah.

Arang

Arang batu digunakan sebagai bahan mentah untuk memperoleh:

- Coke, bahan bakar dari tungku letupan di kilang keluli.

- Creosote, diperoleh dengan mencampurkan sulingan tar dari arang batu dan digunakan sebagai pelindung untuk kayu yang terdedah kepada unsur-unsur.

- Cresol (kimia metilfenol) diekstrak dari arang batu dan digunakan sebagai pembasmi kuman dan antiseptik,

- Turunan lain seperti gas, tar atau pitch, dan sebatian yang digunakan dalam pembuatan minyak wangi, racun serangga, plastik, cat, tayar dan turapan jalan, antara lain.

Lignit

Lignite mewakili bahan bakar berkualiti sederhana. Jet, pelbagai lignit, dicirikan sebagai sangat padat kerana proses karbonisasi yang panjang dan tekanan tinggi, dan digunakan dalam perhiasan dan hiasan.

Gambut

Gambut digunakan dalam aktiviti berikut;

- Untuk pertumbuhan, sokongan dan pengangkutan spesies tumbuhan.

- Sebagai kompos organik.

- Sebagai tempat tidur haiwan di kandang kuda.

- Sebagai bahan bakar berkualiti rendah.

Rujukan

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. dan Price, G. (2017). Kimia3: Memperkenalkan Kimia Anorganik, Organik dan Fizikal. Akhbar Universiti Oxford.
2. Deming, A. (2010). Raja unsur? Nanoteknologi. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. dan Zandbergen, H. (2004). Superlubricity of Graphite. Huruf Kajian Fizikal. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. dan Sumiya, H. (2003). Bahan: Berlian polikristal Ultrahard dari grafit. Alam semula jadi. 421 (6923): 599-600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Pengukuran titik lebur grafit dan sifat karbon cair (ulasan untuk tahun 1963-2003). Arang. 43 (6): 1115. doi: 10.1016