Cărbune

Carbon (lat. Carboneum) este un element chimic din Tabelul periodic al elementelor, simbolul său este C, are 4 legături și numărul său de protoni este 6. Carbonul reprezintă piatra de temelie a tuturor compușilor organici și astfel a tuturor organismelor vii. Compușii de carbon sunt unul dintre bazele economiei globale, combustibilii fosili precum gazele naturale și cărbunele servesc ca sursă de energie pentru producerea electricității și încălzire, produsele de rafinare a țițeiului (benzină, motorină, uleiuri grele) sunt esențiale pentru funcționarea motoarelor cu ardere internă. Produsele chimiei de sinteză pe bază de carbon fac parte din viața de zi cu zi, fie vorbim despre materiale plastice, fire sintetice, materiale de acoperire sau medicamente.

Forme de carbon
Carbon elementar
Carbonul este un element tipic nemetalic, care se găsește în mod natural în stare elementară ca minerale în două forme de bază și în ultimii aproximativ 20 de ani a fost creat în laborator o a treia formă:

Grafitul este format din carbon, care cristalizează în plăci hexagonale și aparține celor mai moi minerale cunoscute. Această proprietate este utilizată de exemplu în fabricarea creioanelor, în care amestecul măcinat de grafit și calcar formează componenta de bază a bățului folosit pentru a scrie sau a desena.
Diamantul este format din carbon, care cristalizează într-un sistem cubic, este un mineral foarte valoros și aparține celor mai dure materiale. Greutatea diamantelor se exprimă în carate, cel mai mare diamant găsit până acum a fost Cullinan, care în starea brută, la descoperirea sa în Africa de Sud, avea o greutate de 3 106 carate (621,2 g).[1]
Fullerenii sunt molecule sferice recent descoperite, compuse din cercuri de cinci sau, mai frecvent, șase atomi de carbon. În spațiu, aceste molecule sunt aranjate într-o formă sferică și sunt extrem de rezistente la influențele fizice externe. Cel mai stabil fullerene cunoscut până acum este molecula care conține 60 de atomi de carbon. Fullerenii se produc artificial prin piróliză laser a compușilor organici. Pentru descoperirea și studiul proprietăților fullerenilor, în anul 1996 a fost acordată Premiul Nobel pentru chimie lui Robert F. Curl, Richard E. Smalley și Harold W. Kroto. În prezent, cercetarea proprietăților și metodelor de producere a fullerenilor este intens studiată în multe instituții științifice de vârf din întreaga lume.
Grafenul este similar cu grafitul, cu diferența că este cel mai subțire și cel mai dur material din lume. L-a descoperit Andre Geim și colegul său Konstantin Novoselov în anul 2004. Electronii grafenului par să încalce fizica. Se mișcă aproape cu viteza luminii fără să se ciocnească între ei. Această proprietate poate fi utilizată în tranzistori, memorii sau microprocesoare.

Prezență și utilizare

Grafit

Mai multe informații în articolul principal: Grafit

Grafitul este un mineral care se găsește în multe locuri de pe Pământ. Unele dintre cele mai mari minere de grafit se află în SUA (Texas și statul New York), Mexic, India și Rusia. Grafitul este de asemenea un component al funinginei, care apare la arderea combustibililor fosili. Este însă în fragmente atât de mici, încât funinginea are mai degrabă proprietăți de carbon amorfe.

Grafitul este utilizat în mod industrial în special pentru fabricarea creioanelor. În acest caz, este măcinat foarte fin împreună cu calcarul și apoi este presat într-o formă adecvată. În formă pură, fără calcar, este presat în pastele pentru pictori și grafici.

O altă utilizare importantă a grafitului este în industria metalurgică. Din cauza rezistenței termice foarte bune, se produc din acesta recipiente, așa-numitele kokile, în care se toarnă metale și aliaje topite. Astfel se evită contaminarea metalelor topite cu metalul din care ar fi trebuit să fie fabricată kokila. Se produc și electrozi pentru producția electrochimică a aluminiului din bauxit și kryolit sau în producția siliciului din oxid de siliciu.

Grafit de sticlă[

O formă artificială de grafit este așa-numitul carbon vitros (engleză glassy carbon), care se caracterizează prin densitate ridicată, porozitate scăzută și o rezistență chimică și mecanică foarte bună. În practică, este produs printr-o descompunere termică (pirolitică) pe termen lung și controlat al substanțelor organice pe suprafața grafitului obișnuit.

Datorită proprietăților fizice și chimice excepționale ale grafitului vitros, utilizarea practică a acestuia, deși costisitoare, se extinde tot mai mult.

Pentru electrochimie este important faptul că suprafețele electrodilor din grafit vitros sunt chimic rezistente și se poate obține un potențial pozitiv ridicat fără ca acestea să se dizolve, spre deosebire de electrozii metalici obișnuiți. Această proprietate poate fi utilizată atât în chimia analitică pentru studierea proprietăților electrochimice ale moleculelor organice, cât și în oxidarea preparativă în producția anumitor compuși.

Metoda analitică GFAAS (spectrometrie atomică de absorbție cu atomizare fără flacără) utilizează o celulă pentru evaporarea probei analizate, care este încălzită în câteva secunde până la o temperatură de aproximativ 3 000 °C. Acoperirea interiorului acestei celule cu grafit vitros mărește dramatic rezistența acesteia și, comparativ cu celula de grafit clasică, prelungește durata de utilizare.

În metalurgie, pentru curățarea metalelor, prin metoda fuziunii zonale, se folosesc țevi acoperite cu grafit vitros, în care are loc întregul proces.

Instrumente de laborator cu suprafețe din grafit vitros ating o rezistență chimică egală sau chiar mai bună decât instrumentele din platină sau din aliajul său cu rădium.

Amandel

pierzi de amandel cu fosile înglobate

O formă specială a mineralelor de carbon este amandelul - un rest mineralizat de rășină din epoca terțiara cu vârsta de aproximativ 50 de milioane de ani. Compoziția chimică medie a amandelului a fost determinată ca C₁₀H₁₆O. Culoarea de bază a amandelului este galben aurie, dar putem găsi și varietăți complet transparente, roșii, cafenii și albe.

Se găsește în Europa ca rășină fosilizată a pini și în America Centrală și Mexic, unde este rășina unei plante tropicale copal.

Importanța amandelului este în special în producția de bijuterii și obiecte decorativ. Cel mai important proiect în acest domeniu a fost celebrul Camera de amandel, o cameră acoperită cu minunatele blocuri de amandel sculptat în Petrograd palat imperial. În timpul Războiului de al Doilea Mondial, armata de ocupație germană a demontat Camera de amandel și a transportat-o la un loc necunoscut. Până în prezent, nu s-a reușit să se găsească această amintire culturală.

O altă importanță a amandelului este paleontologică. În masa nămolurilor de amandel sunt adesea păstrate perfect corpuri de insecte din epoca terțiara, polenul plantelor respective și alte artefakte.

Este interesant faptul că până în prezent nu s-a reușit să se producă artificial amandel, deși se cunoaște bine compoziția sa chimică și se presupune procesul de formare.