KOL I NATUREN: PLATS, EGENSKAPER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - GEOGRAFÍA - 2025

Den kol i naturen kan hittas i diamanter, olja och grafiter, bland många andra scenarier. Detta kemiska element upptar sjätte platsen i det periodiska systemet och ligger i den horisontella raden eller period 2 och kolumn 14. Det är icke-metalliskt och tetravalent; det vill säga, det kan upprätta fyra delade elektronkemiska bindningar eller kovalenta bindningar.

Kol är det vanligaste elementet i jordskorpan. Detta överflöd, dess unika mångfald i bildandet av organiska föreningar och dess exceptionella förmåga att bilda makromolekyler eller polymerer vid temperaturer som vanligen finns på jorden gör att det fungerar som ett vanligt element i alla kända livsformer.

Bild 1. Kol i dess mineralform. Källa: Rdamian1234, från Wikimedia Commons

Kol finns i naturen som ett kemiskt element utan att kombinera i form av grafit och diamant. Men för det mesta kombineras det för att bilda kolkemiska föreningar, såsom kalciumkarbonat (CaCO ₃ ) och andra föreningar i olja och naturgas.

Det bildar också olika mineraler som antracit, kol, brunkol och torv. Den största betydelsen av kol är att det utgör den så kallade "byggstenen i livet" och finns i alla levande organismer.

Var finns kol och i vilken form?

Förutom att det är det kemiska elementet i alla livsformer finns kol i naturen i tre kristallformer: diamant, grafit och fulleren.

Det finns också flera amorfa mineralformer av kol (antracit, lignit, kol, torv), flytande former (oljesorter) och gasformiga (naturgas).

Kristallina former

I kristallina former sammanfogas kolatomer för att bilda ordnade mönster med geometriska rumsliga arrangemang.

Grafit

Det är ett mjukt svart fast med ett metalliskt lyster eller lyster och värmebeständigt (eldfast). Dess kristallina struktur presenterar kolatomer förenade i hexagonala ringar som i sin tur sammanfogar formningsark.

Grafitavlagringar är sällsynta och har hittats i Kina, Indien, Brasilien, Nordkorea och Kanada.

Diamant

Det är ett mycket hårt fast ämne, transparent för passagen av ljus och mycket tätare än grafit: värdet på diamantens densitet är nästan dubbelt så högt som grafit.

Kolatomerna i diamanten förenas i tetraedrisk geometri. På liknande sätt bildas diamant av grafit utsatt för förhållanden med mycket höga temperaturer och tryck (3 000 ^° C och 100 000 atm).

De flesta diamanter ligger mellan 140 och 190 km djupt i manteln. Genom djupa vulkanutbrott kan magma transportera dem till avstånd nära ytan.

Det finns diamantfyndigheter i Afrika (Namibia, Ghana, Demokratiska republiken Kongo, Sierra Leone och Sydafrika), Amerika (Brasilien, Colombia, Venezuela, Guyana, Peru), Oceanien (Australien) och Asien (Indien).

Bild 3. Kol och diamant. Källa: XAVI999, från Wikimedia Commons.

fullerener

Det är molekylformer av kol som bildar kluster av 60 och 70 kolatomer i nästan sfäriska molekyler, liknande fotbollar.

Det finns också mindre fullerener med 20 kolatomer. Vissa former av fullerener inkluderar kolananorör och kolfiber.

Bild 4. Fulleren. IMeowbot, via Wikimedia Commons

Amorfa former

I amorfa former förenas inte kolatomerna och bildar en ordnad och regelbunden kristallin struktur. Istället innehåller de till och med föroreningar från andra element.

Antracit

Det är den äldsta metamorfa mineralkolen (som kommer från modifieringen av bergarter genom effekter av temperatur, tryck eller kemisk verkan av vätskor), eftersom dess bildning kommer från den primära eller Paleozoic-eran, den kolhaltiga perioden.

Antracit är den amorfa formen av kol med det högsta innehållet i detta element: mellan 86 och 95%. Den är grå-svart i färg med en metallisk glans och är tung och kompakt.

Antracit finns vanligtvis i geologiska deformationszoner och utgör cirka 1% av världens kolreserver.

Geografiskt finns det i Kanada, USA, Sydafrika, Frankrike, Storbritannien, Tyskland, Ryssland, Kina, Australien och Colombia.

Bild 5. Antracit, det äldsta kolet med det högsta kolinnehållet. Educerva, från Wikimedia Commons

Kol

Det är ett mineralkol, ett sedimentärt berg med organiskt ursprung, vars bildning är från Paleozoic och Mesozoic epoker. Den har en kolhalt mellan 75 och 85%.

Den är svart i färg, kännetecknad av att den är ogenomskinlig och har ett matt och oljigt utseende, eftersom det har ett högt innehåll av bituminösa ämnen. Det bildas genom komprimering av brunkol i Paleozoic-eran, under kol- och permitiden.

Det är den vanligaste kolformen på planeten. Det finns stora koluppsättningar i USA, Storbritannien, Tyskland, Ryssland och Kina.

Brunkol

Det är ett fossilt mineral som bildas i tertiäriden från torv genom kompression (högt tryck). Det har en lägre kolhalt än kol, mellan 70 och 80%.

Det är ett något kompakt material, smuligt (ett kännetecken som skiljer det från andra kolmineraler), brunt eller svart i färg. Strukturen liknar trä och dess kolhalt varierar från 60 till 75%.

Det är ett lättantändligt bränsle med ett lågt brännvärde och lägre vattenhalt än torv.

Det finns viktiga lignitgruvor i Tyskland, Ryssland, Tjeckien, Italien (Veneto, Toscana, Umbrien) och Sardinien. I Spanien finns lignitavlagringarna i Asturien, Andorra, Zaragoza och La Coruña.

Torv

Det är ett material av organiskt ursprung vars bildning kommer från kvartära era, mycket nyare än tidigare kol.

Den är brungul i färgen och visas i form av en svampig massa med låg densitet, där du kan se växtrester från den plats där den härstammade.

Till skillnad från de kol som nämnts ovan, kommer torv inte från kolsyrningsprocesser av trämaterial eller trä, utan har bildats genom ansamling av växter - huvudsakligen gräs och mossor - i träskområden genom en karboniseringsprocess som inte har slutförts. .

Torv har ett högt vatteninnehåll; av denna anledning kräver det torkning och komprimering före användning.

Den har en låg kolhalt (endast 55%); därför har den ett lågt energivärde. När den utsätts för förbränning är dess askrester rikligt och den avger mycket rök.

Det finns viktiga torvavsättningar i Chile, Argentina (Tierra del Fuego), Spanien (Espinosa de Cerrato, Palencia), Tyskland, Danmark, Holland, Ryssland, Frankrike.

Bild 6. Torvbehållare. Christian Fischer, från Wikimedia Commons

Olja, naturgas och bitumen

Petroleum (från latinska petrae, som betyder "sten"; och oleum, som betyder "olja": "stenolja") är en blandning av många organiska föreningar - de flesta kolväten - producerade av anaerob bakteriell sönderdelning (i frånvaro av syre) av organiskt material.

Det bildades i undergrunden, på stora djup och under speciella förhållanden både fysiska (höga tryck och temperaturer) och kemiska (närvaro av specifika katalysatorföreningar) i en process som tog miljoner år.

Under denna process frigjordes C och H från de organiska vävnaderna och förenades, rekombinerades igen, för att bilda ett enormt antal kolväten som blandas i enlighet med deras egenskaper och bildar naturgas, olja och bitumen.

Världens oljefält är huvudsakligen belägna i Venezuela, Saudiarabien, Irak, Iran, Kuwait, Förenade Arabemiraten, Ryssland, Libyen, Nigeria och Kanada.

Det finns naturgasreserver i Ryssland, Iran, Venezuela, Qatar, USA, Saudiarabien och Förenade Arabemiraten, bland andra.

Fysiska och kemiska egenskaper

Bland kolens egenskaper kan vi nämna följande:

Kemisk symbol

C.

Atomnummer

6.

Fysiskt tillstånd

Fast, under normala tryck- och temperaturförhållanden (1 atmosfär och 25 ^° C).

Färg

Grå (grafit) och transparent (diamant).

Atomisk massa

12,011 g / mol.

Smältpunkt

500 ^° C

Kokpunkt

827 ^° C

Densitet

2,62 g / cm ^{^} .

löslighet

Olöslig i vatten, löslig i CCl ₄ koltetraklorid .

Elektronisk konfiguration

1s ² 2s ² 2p ² .

Antal elektroner i yttre eller valensskal

Fyra.

Länkkapacitet

Fyra.

sammanlänkning

Det har förmågan att bilda kemiska föreningar i långa kedjor.

Biogeokemisk cykel

Kolcykeln är en biogeokemisk cirkulär process genom vilken kol kan utbytas mellan jordens biosfär, atmosfär, hydrosfär och litosfär.

Kunskapen om denna cykliska kolprocess på jorden gör det möjligt att demonstrera mänsklig handling på denna cykel och dess konsekvenser för globala klimatförändringar.

Kol kan cirkulera mellan oceanerna och andra vattendrag liksom mellan litosfären, i jord och undergrund, i atmosfären och i biosfären. I atmosfären och hydrosfären finns kol i gasform som CO ₂ (koldioxid).

Fotosyntes

Kol från atmosfären fångas upp av markbundna och vattenlevande organismer i ekosystem (fotosyntetiska organismer).

Fotosyntes gör att en kemisk reaktion mellan CO ₂ och vatten kan inträffa , medierad av solenergi och klorofyll från växter, för att producera kolhydrater eller socker. Denna process omvandlar enkla molekyler med lågt energiinnehåll av CO ₂ , H ₂ O och syre O ₂ , i komplexa hög energi molekylära former, vilka är sockerarter.

Heterotrofiska organismer - som inte kan fotosyntes och är konsumenter i ekosystem - erhåller kol och energi genom att mata på producenter och andra konsumenter.

Andning och sönderdelning

Respiration och nedbrytning är biologiska processer att frisättning kol i miljön i form av CO ₂ eller CH ₄ (metan producerat i anaerob nedbrytning, det vill säga i frånvaro av syre).

Geologiska processer

Genom geologiska processer och som en följd av tidens gång kan kolet från anaerob nedbrytning omvandlas till fossila bränslen som olja, naturgas och kol. På samma sätt är kol också en del av andra mineraler och stenar.

Störningar av mänsklig aktivitet

När människan använder förbränning av fossila bränslen för energi, återgår kol till atmosfären i form av enorma mängder CO ₂ som inte kan assimileras av den naturliga biogeokemiska kolcykeln.

Detta överskott av CO _{2 som} produceras av mänsklig aktivitet påverkar negativt balansen i kolcykeln och är den främsta orsaken till den globala uppvärmningen.

Bild 2. Biogeokemisk cykelcykel. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Användare Kevin Saff på en.wikipedia Derivativt arbete: FischX Översättning: Tomás Clarke, via Wikimedia Commons

tillämpningar

Användningen av kol och dess föreningar är extremt varierande. Det mest framstående med följande:

Olja och naturgas

Den huvudsakliga ekonomiska användningen av kol representeras av dess användning som kolväte med fossilt bränsle, såsom metangas och olja.

Olja destilleras i raffinaderier för att erhålla flera derivat såsom bensin, diesel, fotogen, asfalt, smörjmedel, lösningsmedel och andra, som i sin tur används i den petrokemiska industrin som producerar råvaror för plast-, gödsel-, läkemedels- och färgindustrin. , bland annat.

Grafit

Grafit används i följande åtgärder:

- Det används för tillverkning av pennor, blandat med leror.

- Det är en del av utarbetandet av eldfasta tegelstenar och degelar som är resistenta mot värme.

- I olika mekaniska anordningar som brickor, lager, kolvar och tätningar.

- Det är ett utmärkt fast smörjmedel.

- På grund av dess elektriska ledningsförmåga och kemiska tröghet används den för tillverkning av elektroder, kol för elmotorer.

- Det används som moderator i kärnkraftverk.

Diamant

Diamond har särskilt exceptionella fysiska egenskaper, såsom den högsta graden av hårdhet och värmeledningsförmåga som hittills är känd.

Dessa egenskaper tillåter industriella tillämpningar i verktyg som används för att göra skärningar och instrument för polering på grund av deras höga slipkraft.

Dess optiska egenskaper - som transparens och förmågan att bryta ner vitt ljus och bryta ljus - ger det många tillämpningar i optiska instrument, till exempel vid tillverkning av linser och prismor.

Den karakteristiska lyster som härrör från dess optiska egenskaper är också mycket värderad inom smycken.

Antracit

Antracit är svårt att antända, den brinner långsamt och kräver mycket syre. Förbränningen ger lite ljusblå låga och avger mycket värme.

För några år sedan användes antracit i termoelektriska anläggningar och för inhemsk uppvärmning. Användningen har fördelar såsom produktion av lite ask eller damm, lite rök och en långsam förbränningsprocess.

På grund av den höga ekonomiska kostnaden och dess knappa har antracit ersatts av naturgas i termoelektriska anläggningar och med el i hem.

Kol

Kol används som råmaterial för att erhålla:

- Koks, bränsle från masugnar i stålverk.

- Kreosot, erhållet genom blandning av destillat av tjära från kol och används som ett skyddande tätningsmedel för trä exponerat för elementen.

- Cresol (kemiskt metylfenol) extraherat från kol och används som desinfektionsmedel och antiseptiskt medel.

- Andra derivat som gas, tjära eller tonhöjd, och föreningar som används vid tillverkning av parfymer, insektsmedel, plast, färger, däck och vägbeläggningar, bland andra.

Brunkol

Lignite representerar ett medelbränsle av medel kvalitet. Jet, en mängd lignit, kännetecknas av att den är mycket kompakt på grund av den långa karboniseringsprocessen och höga tryck, och används i smycken och dekorationer.

Torv

Torv används i följande aktiviteter;

- För tillväxt, stöd och transport av växtarter.

- Som organisk kompost.

- Som en djurbädd i stall.

- Som bränsle av låg kvalitet.

referenser

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. and Price, G. (2017). Kemi3: Introduktion av oorganisk, organisk och fysisk kemi. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Elementenes kung? Nanoteknik. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. och Zandbergen, H. (2004). Grafiternas superlubricity. Fysiska granskningsbrev. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. och Sumiya, H. (2003). Material: Ultrahard polykristallin diamant från grafit. Natur. 421 (6923): 599–600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Mätningar av smältpunkten för grafit och egenskaperna för flytande kol (en översyn för 1963–2003). Kol. 43 (6): 1115. doi: 10.1016