Co to jest węgiel?

Węgiel jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej (Z) równej 6, co oznacza, że ​​tworzące go atomy mają w swoim jądrze sześć protonów. Jego masa molowa wynosi 12,011 g/mol, a w przyrodzie występują trzy izotopy węgla, którymi są: o węgiel-12, węgiel-13 i węgiel-14. C-12 ma sześć protonów i sześć neutronów w jądrze i jest najliczniejszy.

ilustracja atom węgla-12

C-13 ma siedem neutronów i jest najmniej obfity (1,01 do 1,14%). C-14 ma osiem neutronów i jest pierwiastek radioaktywny emituje cząstki β (elektrony), powstające w ziemskiej stratosferze, gdy neutrony promieniowania kosmicznego bombardują azot-14 obecny w tych górnych warstwach atmosfery. Jest on włączany przez wszystkie rośliny i zwierzęta, a wiedząc, że jego okres półtrwania wynosi około 5730 lat, jest używany do określenia wieku skamieniałości między 100 a 40 000 lat. Więcej szczegółów na temat C-14 i techniki datowania można zobaczyć w tekście. Co to jest węgiel-14?

Węgiel jest czterowartościowy, co oznacza, że ​​potrzebuje jeszcze czterech protonów w swojej warstwie walencyjnej (warstwa najbardziej zewnętrzna), aby przestrzegać zasady oktetu. Dlatego zwykle tworzy cztery wiązania kowalencyjne, dzieląc cztery pary elektronów z innymi pierwiastkami, a także innymi węglami. Wiązania te mogą być pojedyncze, podwójne lub potrójne i skutkować powstaniem milionów różnych związków. Z tego powodu stworzono obszar Chemii,

Chemia organiczna, który bada główne związki pochodzące z węgla, z wyjątkiem niektórych przypadków pochodzenia mineralnego, takich jak dwutlenek węgla (CO₂), O tlenek węgla (CO), O węglan wapnia (CaCO₃), wodorowęglan sodu lub soda oczyszczona (NaHCO₃), miedzy innymi. Związki te są badane w Chemia nieorganiczna.

Węgiel wykonuje alotropię, tworząc proste substancje, czyli substancje, które powstają tylko przez wiązania między atomami węgla. Istnieje co najmniej siedem alotropów węgla, którymi są grafit (alfa i beta), diament, lonsdaleit (diament heksagonalny), chaoit, węgiel (VI) i fulereny. W rzeczywistości istnieje kilka rodzajów fulerenów, które są syntetycznymi alotropowymi formami węgla. Mają strukturę wielościenną z atomem węgla na każdym wierzchołku, a przykładem jest DO₆₀ nazywa buckminsterfullerene, a jego struktura przypomina piłkę nożną.

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Carbon-60 (bukminsterfulleren)

Jednak wśród tych alotropów węgla są tylko dwa, które są naturalne. grafitJest od Diament. Różnią się jedynie krystalicznym ułożeniem atomów w przestrzeni, jak pokazano na poniższym rysunku, co skutkuje zupełnie innymi właściwościami fizykochemicznymi. Przeczytaj tekst alotropia węgla po więcej informacji.

Dwie naturalne alotropowe formy węgla to grafit i diament.

Inną syntetyczną alotropową formą węgla jest nanorurki (zdjęcie poniżej), które mają szerokie zastosowania biologiczne, w tym diagnostykę medyczną i leczenie.

Ilustracja mikroskopijnej nanorurki węglowej

A zatem, węgiel jest obecny we wszystkim wokół nas i w nas, bo on komponuje naturalne związki organiczne — takie jak paliwa kopalne, które obejmują ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny oraz inne paliwa, takie jak etanol i biopaliwa – między innymi produkty rolne. kształt też syntetyczne związki organiczne, takich jak włókna syntetyczne, z których składają się tkaniny, leki, polimery z tworzyw sztucznych i gumy, środki owadobójcze, barwniki i wiele innych. W nas, zwierzętach i warzywach, węgiel tworzy bardzo ważne związki, takie jak węglowodany, takie jak cukier, glukoza i celuloza; białka, które tworzą np. DNA, a wraz z lipidami tworzą błony czerwonych krwinek i białych krwinek.

Wszystko to pokazuje znaczenie węgla dla podtrzymania życia. Ale wiąże się to również z negatywnymi aspektami, takimi jak nasilenie efekt cieplarniany i w konsekwencji globalne ocieplenie, to dlatego, że głównym złoczyńcą tych problemów jest jego związek dwutlenku węgla (CO₂). Głównie ze względu na duże spalanie paliw kopalnych, które uwalniają ten gaz, stężenie CO₂ w atmosferze wzrosła. Jako gaz cieplarniany powoduje wymienione problemy. Z drugiej strony dwutlenek węgla jest również obecny w reakcjach życiowych, takich jak fotosynteza i oddychanie.

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii