Węgiel jako Pierwiastek chemiczny

1. Węgiel jako Pierwiastek chemiczny

2. Nazwa Węgiel • Symbol C • Liczba atomowa 6 • Masa atomowa 12,011 • Temperatura topnienia 3550oC • Temperatura wrzenia 4827oC • Stopnie utlenienia II, IV, VI

3. Co to jest węgiel ? • Węgiel (C, łac. carboneum) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 6, niemetal z bloku s układu okresowego. Należy do grupy 14. Posiada cztery elektrony walencyjne.

4. Ciekawostka Węgiel nie należy do dziesięciu pierwiastków najbardziej rozpowszechnionych na Ziemi, ustępując pod tym względem nawet mniej pospolitemu tytanowi. Zajmuje natomiast szóste miejsce, jeżeli chodzi o rozpowszechnienie we Wszechświecie. Spośród pierwiastków występujących na Ziemi w stanie stałym to właśnie węgiel jest najbardziej rozpowszechniony we Wszechświecie.

5. Do czego potrzebny jest węgiel 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.

6. Symbol WĘGLA

7. Jakie i gdzie występują izotopy węgla • Istnieją trzy naturalnie występujące izotopy węgla, 12C oraz 13C są stabilne, natomiast izotop 14C jest promieniotwórczy o czasie połowicznego rozpadu równym około 5700 lat. Węgiel jest jednym z niewielu pierwiastków znanych w starożytności. Jako pierwszy polską nazwę – węgiel – zaproponował Filip Walter.

8. „zła strona węgla” Tlenek węgla, CO, jest powszechnie znany jako trujący gaz powstający w wyniku niecałkowitego spalania węgla lub paliw węglowodorowych, np. gazu ziemnego i benzyny. Źle wentylowane piece i gazy spalinowe w zamkniętych pomieszczeniach są przyczyną wielu śmiertelnych wypadków.

9. Budowa atomu i odmiany krystaliczne • Spośród wszystkich znanych pierwiastków węgiel zasługuje na szczególną uwagę, gdyż ze względu na specyficzną budowę i właściwości jego atomu odznacza się jedyną w swoim rodzaju zdolnością tworzenia takich trwałych struktur, których inne pierwiastki tworzyć nie mogą. Promień atomowy węgla wynosi 77 pikometrów, atomy węgla zalicza się więc do atomów o najmniejszych rozmiarach. Ma to bardzo istotny wpływ na właściwości chemiczne węgla, gdyż elektrony walencyjne znajdują się blisko jądra atomowego. Analizując wartości energii jonizacji widzimy, że elektronów tych nie może być więcej niż cztery, co zostało uwidocznione w zapisie konfiguracji elektronowej. Jakkolwiek poszczególne wartości każdej z czterech pierwszych energii jonizacji nie są bardzo duże, to jednak ich suma (około 14 300 kJ/mol) ma zbyt wielką wartość, by od atomu węgla mogły się oderwać wszystkie cztery elektrony walencyjne w wyniku oddziaływania atomów innych pierwiastków. Dla porównania suma pierwszych trzech energii jonizacji glinu (około 5 100 kJ/mol) jest prawie trzykrotnie mniejsza. Z drugiej strony ładunek dodatni jądra atomowego węgla, przy jednoczesnym zagęszczeniu wokół niego ładunku ujemnego elektronów, jest zbyt mały, by do atomu węgla mogły się przyłączyć cztery elektrony potrzebne do wypełnienia orbitali zewnętrznej powłoki elektronowej. Wynika stąd, że węgiel w związkach chemicznych nie będzie występował w formie jonów dodatnich ani ujemnych, lecz atomy węgla muszą tworzyć wiązania atomowe.

10. Otrzymywanie węgla 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. Koks rozdrabnia się na kawałki o średnicy 2 – 10 cm.

11. Grafit stanowi bardziej trwałą w zwykłych warunkach odmianę krystaliczną węgla. Istnieją jednak możliwości przekształcenia grafitu w diament, ale wymaga to ogrzewania do temperatury 3300 K pod ciśnieniem rzędu 106 atmosfer. Natomiast diament ogrzewany pod zwykłym ciśnieniem przekształca się w grafit.

12. Znanych jest kilka odmian alotropowych węgla, z czego najbardziej znane to grafit oraz diament. Właściwości fizyczne węgla zależą od odmiany w jakiej występuje. Na przykład diament jest przezroczysty, natomiast grafit jest nieprzezroczysty i czarny. Diament jest jednym z najtwardszych materiałów na ziemi, podczas gdy grafitem można narysować kreskę na papierze. Diament ma bardzo niskie przewodnictwo właściwe, a grafit jest dobrym przewodnikiem elektrycznym. Diament posiada najwyższą przewodność cieplną z wszystkich znanych materiałów w warunkach normalnych.

14. Wszystkie odmiany alotropowe węgla są w warunkach normalnych ciałami stałymi. Innymi odmianami alotropowymi węgla są: fuleren oraz formy poliynowe. Niektórzy uważają też, że jego odmianami alotropowymi są: nanocebulka, nanorurka, nanopianka, karbin, choć są to raczej nazwy struktur supramolekularnych, niż odmiany alotropowe w pełnym tego słowa znaczeniu.

16. Do czego wykorzystywany jest węgiel. • Naturalna zawartość izotopu 14C wykorzystywana jest do tzw. datowania radiowęglowego. W czasie życia w organizmie żywym przyswajane są związki z węglem 14C i odkładane wewnątrz tkanek. Po śmierci węgiel rozpada się. Podczas określania wieku organizmu mierzy się proporcję węgla 14C do całkowitej ilości węgla.

17. Grafit jest stosowany w poligrafii do produkcji ołówków oraz jako jedna z elektrod w spawalnictwie. Diament jest kamieniem szlachetnym stosowanym w jubilerstwie oraz ze względu na swoją wysoką twardość w urządzeniach pomiarowych, narzędziach do skrawania, zwłaszcza szlifowania i wiercenia. Węgiel bezpostaciowy jest używany w medycynie oraz jako węgiel aktywny do procesów filtracji i oczyszczania.

18. Wykonał : • Kacper Dzięgiel • Klasa I e