Węgiel
Nazwa Węgiel
Nazwa łacińska Carboneum
Symbol C
Liczba atomowa 6
Masa atomowa 12,011
Temperatura topnienia 3550°C
Temperatura wrzenia 4827°C
Gęstość względna 1,9 (bezpostaciowy)
2,25 (grafit)
3,52 (diament)
Stopnie utlenienia II,IV,-IV
Najpospolitsza struktura krystaliczna pierwiastka Konfiguracja elektronowa [He]2s22p2
* Wszystkie odmiany węgla, z wyjątkiem izotopów promieniotwrczych, były znane już w starożytnościi
* Wgiel ma trzy odmiany alotropowe: węgiel bezpostaciowy, grafit i diament
_____Węgiel zajmuje szóste miejsce, jeżeli chodzi o rozpowszechnienie we Wszechświecie. Spośród pierwiastków występujących na Ziemi w stanie stałym to właśnie węgiel jest najbardziej rozpowszechniony we Wszechświecie.
_____W atmosferze ziemskiej występują dwa gazy zawierające wgiel: dwutlenek węgla i metan.
_____Węgiel ma podstawowe znaczenie dla życia roślin i zwierząt na Ziemi. Każda żywa komórka jest zbudowana z cząsteczek zawierających atomy węgla i wodoru. Struktura każdej cząsteczki organicznej - od komórki ludzkiego mózgu do benzyny - jest oparta na atomach węgla.
Właściwości
_____Węgiel rozpoczyna grupę IVA (14) układu okresowego pierwiastków. Z tlenem wiąże się powoli w temperaturze pokojowej, szybciej w temperaturze umiarkowanie wysokiej, błyskawicznie natomiast w temperaturze czerwonego żaru. Większość metali można otrzymać przez ogrzewanie ich tlenków z węglem. Na przykład żelazo otrzymuje się przez redukcję jego tlenku koksem.
_____Węgiel ma trzy ogólnie znane odmiany alotropowe: węgiel bezpostaciowy, grafit i diament. Jednej odmiany węgla nie można przekształcić w inną po prostu przez zmianę temperatury, co jest możliwe w przypadku odmian alotropowych innych pierwiastków.
Otrzymywanie
_____Elementarny węgiel wydobywa się na ogół z ziemi, zwykle jako węgiel kopalny, lecz również jako grafit i diament. Te naturalne formy węgla nie zawsze nadają się do praktycznego wykorzystania, opracowano więc przemysłowe metody ich przekształcania, umożliwiające otrzymanie pożądanego produktu.
_____Koks jest produktem zawierającym do 94% węgla. Co roku wytwarza się znaczne jego ilości, by zaspokoić potrzeby metalurgii. Koks otrzymuje się przez ogrzewanie węgla kamiennego w piecach bez dostępu powietrza. Po rozkładzie zanieczyszczeń i odgazowaniu pozostaje prawie czysty węgiel.
Związki
_____Tlenek węgla, CO, jest powszechnie znany jako trujący gaz powstający w wyniku niecałkowitego spalania węgla lub paliw węglowodorowych, np. gazu ziemnego i benzyny.
_____Tlenek węgla można otrzymać w laboratorium w wyniku reakcji między kwasem mrówkowym a stężonym kwasem siarkowym. Jej produkty to tlenek węgla i rozcieńczony kwas siarkowy:
HCOOH + H2SO4 ---> CO + H2SO4*H2O
_____Czterochlorek węgla (tetrachlorometan, (CCl4), popularny środek do prania na sucho , otrzymuje się na skalę przemysłową w wyniku reakcji między dwusiarczkiem węgla a chlorem:
CS2 + 3Cl2 ---> CCl4 + S2Cl2
_____Dichlorodifluorometan, CCl2F2, znany jako freon-12, to bardzo popularny czynnik chłodniczy. Na skalę przemysłową otrzymuje się go w wyniku reakcji trichlorofluorometanu (CCl3F), czyli freonu-11, z fluorowodorem (HF):
CCl3F + HF ---> CCl2F2 + HCl
Izotopy
_____W przyrodzie występuje głównie węgiel-12; trochę więcej niż 1% jest węgla-13. Pozostałe izotopy są promieniotwórcze; mają one, z wyjątkiem węgla-14, bardzo krótkie okresy połowicznego zaniku.
Izotop Rozpowszechnienie
w przyrodzie Okres
połowicznego
zaniku Typ
rozpadu
9C _____ 127ms B+, alfa
10C _____ 19,3s B+
11C _____ 20,3min B+
12C 98,9% _____ _____
13C 1,10% _____ _____
14C _____ 5730 lat B-
15C _____ 2,45s B-
_____Promieniotwórczy węgiel-14 to znane narzędzie do oznaczania wieku próbek geologicznych i artefaktów archeologicznych. Metoda ta, zwana datowaniem radiowęglowym, umożliwia dość dokładne określanie wieku obiektów sprzed 500 - 50 000 lat.