KOHLENSTOFF IN DER NATUR: STANDORT, EIGENSCHAFTEN UND VERWENDUNG - GEOGRAFÍA - 2025

Der Kohlenstoff in der Natur kann unter anderem in Diamanten, Öl und Graphiten gefunden werden. Dieses chemische Element nimmt im Periodensystem den sechsten Platz ein und befindet sich in der horizontalen Zeile oder Periode 2 und Spalte 14. Es ist nichtmetallisch und vierwertig; Das heißt, es können 4 gemeinsame elektronenchemische Bindungen oder kovalente Bindungen hergestellt werden.

Kohlenstoff ist das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste. Diese Fülle, seine einzigartige Vielfalt bei der Bildung organischer Verbindungen und seine außergewöhnliche Fähigkeit, Makromoleküle oder Polymere bei auf der Erde üblichen Temperaturen zu bilden, machen es zu einem gemeinsamen Element aller bekannten Lebensformen.

Abbildung 1. Kohlenstoff in seiner mineralischen Form. Quelle: Rdamian1234, aus Wikimedia Commons

Kohlenstoff existiert in der Natur als chemisches Element, ohne sich in Form von Graphit und Diamant zu verbinden. Zum größten Teil wird es jedoch zu chemischen Kohlenstoffverbindungen wie Calciumcarbonat (CaCO ₃ ) und anderen Verbindungen in Öl und Erdgas kombiniert .

Es bildet auch verschiedene Mineralien wie Anthrazit, Kohle, Braunkohle und Torf. Die größte Bedeutung von Kohlenstoff besteht darin, dass er den sogenannten „Baustein des Lebens“ darstellt und in allen lebenden Organismen vorhanden ist.

Wo und in welcher Form befindet sich Kohlenstoff?

Kohlenstoff ist nicht nur die gemeinsame chemische Komponente in allen Lebensformen, sondern liegt auch in drei kristallinen Formen vor: Diamant, Graphit und Fulleren.

Es gibt auch verschiedene amorphe Mineralformen von Kohle (Anthrazit, Braunkohle, Kohle, Torf), flüssigen Formen (Ölsorten) und gasförmigen (Erdgas).

Kristalline Formen

In kristallinen Formen verbinden sich Kohlenstoffatome zu geordneten Mustern mit geometrischer räumlicher Anordnung.

Graphit

Es ist ein weicher schwarzer Feststoff mit einem metallischen Glanz oder Glanz und hitzebeständig (feuerfest). Seine kristalline Struktur weist Kohlenstoffatome auf, die in hexagonalen Ringen verbunden sind, die sich wiederum zu Folien verbinden.

Graphitvorkommen sind selten und wurden in China, Indien, Brasilien, Nordkorea und Kanada gefunden.

Diamant

Es ist ein sehr harter Feststoff, für den Lichtdurchgang transparent und viel dichter als Graphit: Der Wert der Dichte von Diamant ist fast doppelt so hoch wie der von Graphit.

Die Kohlenstoffatome im Diamanten sind in tetraedrischer Geometrie miteinander verbunden. Ebenso wird Diamant aus Graphit gebildet, der Bedingungen sehr hoher Temperaturen und Drücke (3.000 ^° C und 100.000 atm) ausgesetzt ist .

Die meisten Diamanten befinden sich zwischen 140 und 190 km tief im Mantel. Durch tiefe Vulkanausbrüche kann Magma sie in oberflächennahe Entfernungen transportieren.

Es gibt Diamantenvorkommen in Afrika (Namibia, Ghana, Demokratische Republik Kongo, Sierra Leone und Südafrika), Amerika (Brasilien, Kolumbien, Venezuela, Guyana, Peru), Ozeanien (Australien) und Asien (Indien).

Abbildung 3. Kohle und Diamant. Quelle: XAVI999, aus Wikimedia Commons.

Fullerene

Es handelt sich um molekulare Formen von Kohlenstoff, die in fast kugelförmigen Molekülen Cluster von 60 und 70 Kohlenstoffatomen bilden, ähnlich wie Fußbälle.

Es gibt auch kleinere Fullerene mit 20 Kohlenstoffatomen. Einige Formen von Fullerenen umfassen Kohlenstoffnanoröhren und Kohlenstofffasern.

Abbildung 4. Fulleren. IMeowbot, über Wikimedia Commons

Amorphe Formen

In amorphen Formen vereinigen sich die Kohlenstoffatome nicht und bilden eine geordnete und regelmäßige Kristallstruktur. Stattdessen enthalten sie sogar Verunreinigungen aus anderen Elementen.

Anthrazit

Es ist die älteste metamorphe Mineralkohle (die aus der Modifizierung von Gesteinen durch Temperatur-, Druck- oder chemische Einflüsse von Flüssigkeiten stammt), da ihre Entstehung aus der Primär- oder Paläozoikumzeit, der Karbonperiode, stammt.

Anthrazit ist die amorphe Form von Kohlenstoff mit dem höchsten Gehalt an diesem Element: zwischen 86 und 95%. Es hat eine grau-schwarze Farbe mit metallischem Glanz und ist schwer und kompakt.

Anthrazit kommt im Allgemeinen in geologischen Verformungszonen vor und macht etwa 1% der weltweiten Kohlenreserven aus.

Geografisch ist es in Kanada, USA, Südafrika, Frankreich, Großbritannien, Deutschland, Russland, China, Australien und Kolumbien zu finden.

Abbildung 5. Anthrazit, die älteste Kohle mit dem höchsten Kohlenstoffgehalt. Educerva von Wikimedia Commons

Kohle

Es ist eine Mineralkohle, ein Sedimentgestein organischen Ursprungs, dessen Entstehung aus dem Paläozoikum und dem Mesozoikum stammt. Es hat einen Kohlenstoffgehalt zwischen 75 und 85%.

Es hat eine schwarze Farbe, zeichnet sich durch Undurchsichtigkeit und ein mattes und fettiges Aussehen aus, da es einen hohen Gehalt an bituminösen Substanzen aufweist. Es wird durch Verdichtung von Braunkohle im Paläozoikum, in der Karbon- und Perm-Zeit gebildet.

Es ist die am häufigsten vorkommende Form von Kohlenstoff auf dem Planeten. Es gibt große Kohlevorkommen in den USA, Großbritannien, Deutschland, Russland und China.

Braunkohle

Es ist eine mineralische fossile Kohle, die im Tertiär aus Torf durch Kompression (hoher Druck) gebildet wurde. Es hat einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt als Kohle, zwischen 70 und 80%.

Es ist ein leicht kompaktes Material, bröckelig (eine Eigenschaft, die es von anderen Kohlenstoffmineralien unterscheidet), braun oder schwarz gefärbt. Seine Textur ähnelt der von Holz und sein Kohlenstoffgehalt liegt zwischen 60 und 75%.

Es ist ein leicht zu entzündender Brennstoff mit einem niedrigen Heizwert und einem geringeren Wassergehalt als Torf.

Es gibt wichtige Braunkohlebergwerke in Deutschland, Russland, der Tschechischen Republik, Italien (Venetien, Toskana, Umbrien) und Sardinien. In Spanien befinden sich die Braunkohlevorkommen in Asturien, Andorra, Saragossa und La Coruña.

Torf

Es ist ein Material organischen Ursprungs, dessen Entstehung aus der Quartärzeit stammt, viel jünger als frühere Kohlen.

Es hat eine bräunlich-gelbe Farbe und erscheint in Form einer schwammigen Masse geringer Dichte, in der Sie Pflanzenreste von dem Ort sehen können, an dem sie entstanden sind.

Im Gegensatz zu den oben genannten Kohlen stammt Torf nicht aus den Karbonisierungsprozessen von Holz oder Holz, sondern wurde durch die Ansammlung von Pflanzen - hauptsächlich Gräser und Moose - in sumpfigen Gebieten durch einen Karbonisierungsprozess gebildet, der noch nicht abgeschlossen wurde .

Torf hat einen hohen Wassergehalt; Aus diesem Grund muss es vor Gebrauch getrocknet und verdichtet werden.

Es hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (nur 55%); Daher hat es einen niedrigen Energiewert. Bei Verbrennung sind die Ascherückstände reichlich vorhanden und es entsteht viel Rauch.

Es gibt wichtige Torfvorkommen in Chile, Argentinien (Feuerland), Spanien (Espinosa de Cerrato, Palencia), Deutschland, Dänemark, Holland, Russland, Frankreich.

Abbildung 6. Torfreservoir. Christian Fischer von Wikimedia Commons

Öl, Erdgas und Bitumen

Erdöl (aus dem lateinischen petrae, was "Stein" bedeutet, und oleum, was "Öl" bedeutet: "Steinöl") ist eine Mischung aus vielen organischen Verbindungen - die meisten davon Kohlenwasserstoffe -, die durch anaerobe bakterielle Zersetzung (in Abwesenheit von) hergestellt werden Sauerstoff) der organischen Substanz.

Es wurde im Untergrund in großen Tiefen und unter besonderen Bedingungen sowohl physikalisch (hohe Drücke und Temperaturen) als auch chemisch (Vorhandensein spezifischer Katalysatorverbindungen) in einem millionen Jahre dauernden Prozess gebildet.

Während dieses Prozesses wurden C und H aus den organischen Geweben freigesetzt und wieder zusammengefügt, um eine immense Anzahl von Kohlenwasserstoffen zu bilden, die sich entsprechend ihren Eigenschaften mischen und Erdgas, Öl und Bitumen bilden.

Die Ölfelder der Welt befinden sich hauptsächlich in Venezuela, Saudi-Arabien, Irak, Iran, Kuwait, den Vereinigten Arabischen Emiraten, Russland, Libyen, Nigeria und Kanada.

Es gibt Erdgasreserven unter anderem in Russland, Iran, Venezuela, Katar, den USA, Saudi-Arabien und den Vereinigten Arabischen Emiraten.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Unter den Eigenschaften von Kohlenstoff können wir Folgendes erwähnen:

Chemisches Symbol

C.

Ordnungszahl

6.

Körperlicher Status

Fest unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen (1 Atmosphäre und 25 ^° C).

Farbe

Grau (Graphit) und transparent (Diamant).

Atommasse

12,011 g / mol.

Schmelzpunkt

500 ^° C.

Siedepunkt

827 ^° C.

Dichte

2,62 g / cm ³ .

Löslichkeit

Unlöslich in Wasser, löslich in CCl ₄ Tetrachlorkohlenstoff .

Elektronische Konfiguration

1s ² 2s ² 2p ² .

Anzahl der Elektronen in der äußeren oder Valenzschale

Vier.

Verbindungskapazität

Vier.

Verkettung

Es hat die Fähigkeit, chemische Verbindungen in langen Ketten zu bilden.

Biogeochemischer Kreislauf

Der Kohlenstoffkreislauf ist ein biogeochemischer Kreislaufprozess, durch den Kohlenstoff zwischen der Biosphäre, der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der Lithosphäre der Erde ausgetauscht werden kann.

Die Kenntnis dieses zyklischen Kohlenstoffprozesses auf der Erde ermöglicht es, menschliches Handeln in diesem Kreislauf und seine Folgen für den globalen Klimawandel zu demonstrieren.

Kohlenstoff kann zwischen den Ozeanen und anderen Gewässern sowie zwischen der Lithosphäre, im Boden und im Untergrund, in der Atmosphäre und in der Biosphäre zirkulieren. In der Atmosphäre und in der Hydrosphäre liegt Kohlenstoff in gasförmiger Form als CO ₂ (Kohlendioxid) vor.

Photosynthese

Kohlenstoff aus der Atmosphäre wird von terrestrisch und aquatisch produzierenden Organismen in Ökosystemen (photosynthetischen Organismen) eingefangen.

Die Photosynthese ermöglicht eine chemische Reaktion zwischen CO ₂ und Wasser, die durch Sonnenenergie und Chlorophyll aus Pflanzen vermittelt wird, um Kohlenhydrate oder Zucker zu produzieren. Dieser Prozess wandelt einfache Moleküle mit niedrigem Energiegehalt an CO ₂ , H ₂ O und Sauerstoff O ₂ in komplexe hochenergetische Molekülformen um, die Zucker sind.

Heterotrophe Organismen - die nicht photosynthetisieren können und Verbraucher in Ökosystemen sind - erhalten Kohlenstoff und Energie, indem sie sich von Produzenten und anderen Verbrauchern ernähren.

Atmung und Zersetzung

Atmung und Zersetzung sind biologische Prozesse, die Kohlenstoff in Form von CO ₂ oder CH ₄ (Methan, das bei der anaeroben Zersetzung entsteht, dh in Abwesenheit von Sauerstoff) an die Umwelt abgeben.

Geologische Prozesse

Durch geologische Prozesse und als Folge des Zeitablaufs kann der Kohlenstoff aus der anaeroben Zersetzung in fossile Brennstoffe wie Öl, Erdgas und Kohle umgewandelt werden. Ebenso ist Kohlenstoff Teil anderer Mineralien und Gesteine.

Störung der menschlichen Aktivität

Wenn der Mensch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung nutzt, kehrt Kohlenstoff in Form großer Mengen an CO ₂ in die Atmosphäre zurück, die vom natürlichen biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf nicht aufgenommen werden können.

Dieses überschüssige CO _2, das durch menschliche Aktivitäten erzeugt wird, wirkt sich negativ auf das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs aus und ist die Hauptursache für die globale Erwärmung.

Figure 2. Biogeochemischer Kohlenstoffkreislauf. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Benutzer Kevin Saff auf en.wikipedia Abgeleitete Arbeit: FischX Übersetzung: Tomás Clarke, via Wikimedia Commons

Anwendungen

Die Verwendung von Kohlenstoff und seinen Verbindungen ist äußerst vielfältig. Die bekanntesten mit folgenden:

Öl und Erdgas

Die hauptsächliche wirtschaftliche Verwendung von Kohlenstoff wird durch seine Verwendung als Kohlenwasserstoff mit fossilen Brennstoffen wie Methangas und Öl dargestellt.

Öl wird in Raffinerien destilliert, um mehrere Derivate wie Benzin, Diesel, Kerosin, Asphalt, Schmiermittel, Lösungsmittel und andere zu erhalten, die wiederum in der petrochemischen Industrie verwendet werden, die Rohstoffe für die Kunststoff-, Düngemittel-, Arzneimittel- und Farbenindustrie herstellt. , unter anderem.

Graphit

Graphit wird in folgenden Aktionen verwendet:

- Es wird zur Herstellung von Stiften verwendet, die mit Tonen gemischt sind.

- Es ist Teil der Entwicklung feuerfester Ziegel und Tiegel, die hitzebeständig sind.

- In verschiedenen mechanischen Geräten wie Unterlegscheiben, Lagern, Kolben und Dichtungen.

- Es ist ein ausgezeichnetes Festschmiermittel.

- Aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit und seiner chemischen Inertheit wird es zur Herstellung von Elektroden und Kohlenstoffen für Elektromotoren verwendet.

- Es wird als Moderator in Kernkraftwerken eingesetzt.

Diamant

Diamant hat besonders außergewöhnliche physikalische Eigenschaften, wie den höchsten bisher bekannten Grad an Härte und Wärmeleitfähigkeit.

Diese Eigenschaften ermöglichen industrielle Anwendungen in Werkzeugen, die zur Herstellung von Schnitten und Instrumenten zum Polieren verwendet werden, aufgrund ihrer hohen Abrasivität.

Seine optischen Eigenschaften - wie Transparenz und die Fähigkeit, weißes Licht aufzubrechen und Licht zu brechen - geben ihm viele Anwendungen in optischen Instrumenten, wie beispielsweise bei der Herstellung von Linsen und Prismen.

Der charakteristische Glanz seiner optischen Eigenschaften wird auch in der Schmuckindustrie hoch geschätzt.

Anthrazit

Anthrazit ist schwer zu entzünden, es brennt langsam und benötigt viel Sauerstoff. Seine Verbrennung erzeugt eine kleine hellblaue Flamme und gibt viel Wärme ab.

Anthrazit wurde vor einigen Jahren in thermoelektrischen Anlagen und zur Heizung im Haushalt eingesetzt. Seine Verwendung hat Vorteile wie die Erzeugung von wenig Asche oder Staub, wenig Rauch und einen langsamen Verbrennungsprozess.

Aufgrund seiner hohen wirtschaftlichen Kosten und seiner Knappheit wurde Anthrazit in thermoelektrischen Anlagen durch Erdgas und in Haushalten durch Elektrizität ersetzt.

Kohle

Kohle wird als Rohstoff verwendet, um Folgendes zu erhalten:

- Koks, Brennstoff aus Hochöfen in Stahlwerken.

- Kreosot, das durch Mischen der Teerdestillate aus Kohle gewonnen und als Schutzversiegelung für Holz verwendet wird, das den Elementen ausgesetzt ist.

- Kresol (chemisch Methylphenol), das aus Kohle gewonnen und als Desinfektionsmittel und Antiseptikum verwendet wird.

- Andere Derivate wie Gas, Teer oder Pech sowie Verbindungen, die unter anderem zur Herstellung von Parfums, Insektiziden, Kunststoffen, Farben, Reifen und Straßenbelägen verwendet werden.

Braunkohle

Braunkohle ist ein Kraftstoff mittlerer Qualität. Jet, eine Braunkohlensorte, zeichnet sich durch einen sehr kompakten Karbonisierungsprozess und hohe Drücke aus und wird in Schmuck und Ornamenten verwendet.

Torf

Torf wird in den folgenden Aktivitäten verwendet;

- Für das Wachstum, die Unterstützung und den Transport von Pflanzenarten.

- Als Bio-Kompost.

- Als Tierbett im Stall.

- Als Kraftstoff geringer Qualität.

Verweise

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