자연의 탄소 : 위치, 속성 및 용도 - GEOGRAFÍA - 2026

자연 의 탄소는 다른 많은 시나리오 중에서 다이아몬드, 오일 및 흑연에서 찾을 수 있습니다. 이 화학 원소는 주기율표에서 6 위를 차지하고 수평 행 또는주기 2와 열 14에 위치합니다. 비금속이며 4 가입니다. 즉, 4 개의 공유 전자 화학 결합 또는 공유 결합을 설정할 수 있습니다.

탄소는 지각에서 가장 풍부한 원소입니다. 이러한 풍부함, 유기 화합물 형성의 독특한 다양성, 그리고 지구상에서 흔히 발견되는 온도에서 거대 분자 또는 고분자를 형성하는 탁월한 능력은 알려진 모든 생명체의 공통 요소로 작용합니다.

그림 1. 미네랄 형태의 탄소. 출처 : Rdamian1234, Wikimedia Commons

탄소는 흑연과 다이아몬드의 형태로 결합하지 않고 자연에서 화학 원소로 존재합니다. 그러나 대부분 결합되어 탄산 칼슘 (CaCO ₃ )과 같은 탄소 화합물과 석유 및 천연 가스의 다른 화합물을 형성합니다.

또한 무연탄, 석탄, 갈탄 및 이탄과 같은 다양한 미네랄을 형성합니다. 탄소의 가장 큰 중요성은 소위 "생명의 빌딩 블록"을 구성하고 모든 생물체에 존재한다는 것입니다.

탄소는 어디에서 어떤 형태로 발견됩니까?

모든 형태의 생명체에서 공통 구성 요소 인 화학 원소 일뿐만 아니라 자연의 탄소는 다이아몬드, 흑연 및 풀러렌의 세 가지 결정 형태로 존재합니다.

석탄 (무연탄, 갈탄, 석탄, 이탄), 액체 형태 (석유 품종) 및 기체 (천연 가스)의 여러 가지 무정형 광물 형태도 있습니다.

결정 형태

결정질 형태에서는 탄소 원자가 결합하여 기하학적 공간 배열로 정렬 된 패턴을 형성합니다.

석묵

금속 광택 또는 광택과 내열성 (내화성)이있는 부드러운 검정색 고체입니다. 그것의 결정 구조는 육각형 고리로 결합 된 탄소 원자를 나타내며, 차례로 시트를 형성합니다.

흑연 퇴적물은 드물며 중국, 인도, 브라질, 북한 및 캐나다에서 발견되었습니다.

다이아몬드

매우 단단하고 빛의 통과에 투명하며 흑연보다 훨씬 밀도가 높습니다. 다이아몬드의 밀도 값은 흑연의 거의 두 배입니다.

다이아몬드의 탄소 원자는 사면체 기하학으로 함께 결합됩니다. 마찬가지로 다이아몬드는 매우 높은 온도와 압력 (3,000 ^° C 및 100,000atm)의 조건에 노출 된 흑연으로 형성됩니다 .

대부분의 다이아몬드는 맨틀에서 140 ~ 190km 깊이에 있습니다. 깊은 화산 폭발을 통해 마그마는 그들을 표면에 가까운 거리로 옮길 수 있습니다.

아프리카 (나미비아, 가나, 콩고 민주 공화국, 시에라 리온 및 남아프리카), 미국 (브라질, 콜롬비아, 베네수엘라, 가이아나, 페루), 오세아니아 (호주) 및 아시아 (인도)에 다이아몬드 매장지가 있습니다.

그림 3. 석탄과 다이아몬드. 출처 : XAVI999, Wikimedia Commons.

풀러렌

그들은 축구 공과 유사한 거의 구형 분자에서 60 개와 70 개의 탄소 원자의 클러스터를 형성하는 분자 형태의 탄소입니다.

20 개의 탄소 원자로 구성된 더 작은 풀러렌도 있습니다. 풀러렌의 일부 형태에는 탄소 나노 튜브와 탄소 섬유가 포함됩니다.

그림 4. 풀러렌. Wikimedia Commons를 통한 IMeowbot

무정형 형태

비정질 형태에서 탄소 원자는 결합하지 않고 규칙적이고 규칙적인 결정 구조를 구성합니다. 대신 다른 원소의 불순물도 포함합니다.

무연탄

가장 오래된 변성 광물 석탄 (온도, 압력 또는 유체의 화학적 작용에 의해 암석이 변형되어 생성됨)은 그 형성이 1 차 또는 고생대 인 석탄기 시대부터 시작되기 때문에 발생합니다.

무연탄은이 원소의 함량이 가장 높은 비정질 형태의 탄소 (86 ~ 95 %)입니다. 메탈릭 광택이있는 그레이-블랙 색상이며 무겁고 컴팩트합니다.

무연탄은 일반적으로 지질 변형 지역에서 발견되며 세계 석탄 매장량의 약 1 %를 구성합니다.

지리적으로 캐나다, 미국, 남아프리카, 프랑스, ​​영국, 독일, 러시아, 중국, 호주 및 콜롬비아에서 발견됩니다.

그림 5. 탄소 함량이 가장 높은 가장 오래된 석탄 인 무연탄. Wikimedia Commons의 Educerva

석탄

그것은 유기 기원의 퇴적암 인 광물 석탄으로, 그 형성은 고생대와 중생대 시대부터 시작되었습니다. 탄소 함량은 75 ~ 85 %입니다.

검은 색으로 불투명하고 역청 물질 함량이 높기 때문에 광택이없고 기름기가 많은 외관이 특징입니다. 고생대, 석탄기 및 페름기 시대의 갈탄 압축에 의해 형성됩니다.

이것은 지구상에서 가장 풍부한 형태의 탄소입니다. 미국, 영국, 독일, 러시아 및 중국에는 대규모 석탄 매장량이 있습니다.

갈탄

압축 (고압)에 의해 토탄으로부터 제 3 기 시대에 형성된 광물 화 석탄입니다. 석탄보다 탄소 함량이 70 ~ 80 % 낮습니다.

약간 콤팩트 한 소재로, 부서지기 쉬우 며 (다른 탄소 미네랄과 구별되는 특성) 갈색 또는 검은 색입니다. 질감은 목재와 비슷하며 탄소 함량은 60 ~ 75 %입니다.

이탄보다 낮은 발열량과 낮은 수분 함량으로 발화하기 쉬운 연료입니다.

독일, 러시아, 체코, 이탈리아 (베네토, 투스카니, 움 브리아 지역) 및 사르디니아에는 중요한 갈탄 광산이 있습니다. 스페인에서는 갈탄 매장지가 아스투리아스, 안도라, 사라고사 및 라 코루냐에 있습니다.

이탄

그것은 이전의 석탄보다 훨씬 최근의 4 기 시대부터 형성되는 유기 기원의 물질입니다.

그것은 갈색을 띤 노란색이며 저밀도 해면질 덩어리의 형태로 나타나며 식물이 시작된 곳에서 식물이 남아있는 것을 볼 수 있습니다.

위에서 언급 한 석탄과 달리 이탄은 목질 재료 나 목재의 탄화 과정에서 나오는 것이 아니라 아직 완료되지 않은 탄화 과정을 통해 늪지대에 식물 (주로 풀과 이끼)이 축적되어 형성되었습니다. .

이탄은 수분 함량이 높습니다. 이러한 이유로 사용하기 전에 건조 및 압축이 필요합니다.

탄소 함량이 낮습니다 (단지 55 %). 따라서 에너지 값이 낮습니다. 연소되면 재 잔여 물이 풍부하고 많은 연기를 방출합니다.

칠레, 아르헨티나 (Tierra del Fuego), 스페인 (Espinosa de Cerrato, Palencia), 독일, 덴마크, 네덜란드, 러시아, 프랑스에는 중요한 이탄 매장지가 있습니다.

그림 6. 이탄 저장소. Wikimedia Commons의 Christian Fischer

석유, 천연 가스 및 역청

석유 ( "돌"을 의미하는 라틴어 petrae에서, "오일"을 의미하는 oleum : "암유")는 혐기성 박테리아 분해에 의해 생성되는 많은 유기 화합물 (대부분 탄화수소)의 혼합물입니다. 산소).

그것은 수백만 년이 걸린 과정에서 심층과 특수 조건 하에서 물리적 (고압 및 온도) 및 화학적 (특정 촉매 화합물의 존재)에서 심토에서 형성되었습니다.

이 과정에서 C와 H는 유기 조직에서 방출되고 결합되어 다시 결합하여 특성에 따라 혼합되는 엄청난 수의 탄화수소를 형성하여 천연 가스, 오일 및 역청을 형성합니다.

전 세계 유전은 주로 베네수엘라, 사우디 아라비아, 이라크,이란, 쿠웨이트, 아랍 에미리트, 러시아, 리비아, 나이지리아, 캐나다에 있습니다.

러시아,이란, 베네수엘라, 카타르, 미국, 사우디 아라비아, 아랍 에미리트 등 천연 가스 매장량이 있습니다.

물리 화학적 특성

탄소의 특성 중 다음을 언급 할 수 있습니다.

화학 기호

씨.

원자 번호

6.

몸 상태

정상 압력 및 온도 조건 (1 기압 및 25 ^° C) 에서 고체 .

색깔

회색 (흑연)과 투명 (다이아몬드).

원자 질량

12.011g / 몰.

녹는 점

500 ^° C

비점

827 ^° C

밀도

2.62g / cm ³ .

용해도

물에 불용성, CCl ₄ 사염화탄소에 용해 됨 .

전자 구성

1s ² 2s ² 2p ² .

외부 또는 원자가 쉘의 전자 수

네.

링크 용량

네.

캐터 네이션

긴 사슬에서 화합물을 형성하는 능력이 있습니다.

생지 화학적 순환

탄소 순환은 지구 생물권, 대기, 수권 및 암석권 사이에서 탄소가 교환 될 수있는 생지 화학적 순환 과정입니다.

지구상의 탄소 순환 과정에 대한 지식은이 순환에 대한 인간의 행동과 지구 기후 변화에 대한 결과를 입증 할 수있게합니다.

탄소는 바다와 다른 수역 사이뿐만 아니라 암석권, 토양 및 심토, 대기 및 생물권 사이를 순환 할 수 있습니다. 대기 및 수계에서 탄소 CO 등의 기체 형태로 존재 ₂ (이산화탄소).

광합성

대기로부터의 탄소는 생태계에서 육상 및 수생 생산 유기체 (광합성 유기체)에 의해 포획됩니다.

광합성 CO 간의 화학 반응 있도록 ₂ 물 발생할 생산 탄수화물 또는 당류에 식물과 태양 에너지에 의해 매개되는 엽록소를. 이 과정은 CO ₂ , H ₂ O 및 산소 O ₂ 의 에너지 함량이 낮은 단순한 분자 를 복잡한 고 에너지 분자 형태 인 당으로 변환합니다.

광합성을 할 수없고 생태계의 소비자 인 종속 영양 유기체는 생산자와 다른 소비자를 먹임으로써 탄소와 에너지를 얻습니다.

호흡과 분해

호흡 분해 생물학적 과정임을 CO 형태의 환경 방출 탄소 ₂ 또는 CH ₄ (혐기성 분해 메탄 산소가 없을 것이다).

지질 과정

지질 학적 과정과 시간의 흐름에 따라 혐기성 분해로 인한 탄소는 석유, 천연 가스 및 석탄과 같은 화석 연료로 변환 될 수 있습니다. 마찬가지로 탄소는 다른 광물과 암석의 일부이기도합니다.

인간 활동 간섭

남자는 CO의 엄청난 양의 형태로 대기에 화석 에너지 연료, 탄소 반환의 연소를 사용하는 경우 ₂ 자연 생물 지구 화학적 탄소 순환에 의해 흡수 될 수 없다.

이 여분의 CO ₂ 및 인간의 활동에 부정적인 영향을 탄소 순환의 균형에 의해 생산은 지구 온난화의 주요 원인입니다.

그림 2. 탄소의 생지 화학적 순환. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg : en.wikipedia의 사용자 Kevin Saff 파생 작업 : FischX 번역 : Tomás Clarke, Wikimedia Commons를 통해

응용

탄소와 그 화합물의 용도는 매우 다양합니다. 다음과 같이 가장 눈에 띄는 것 :

석유 및 천연 가스

탄소의 주요 경제적 용도는 메탄 가스 및 석유와 같은 화석 연료 탄화수소로 사용되는 것으로 나타납니다.

석유는 정유소에서 증류되어 휘발유, 디젤, 등유, 아스팔트, 윤활유, 용제 등과 같은 여러 파생물을 얻습니다. 이는 플라스틱, 비료, 의약품 및 페인트 산업의 원료를 생산하는 석유 화학 산업에서 사용됩니다. , 무엇보다도.

석묵

흑연은 다음 작업에 사용됩니다.

-점토와 섞인 연필 제조에 사용됩니다.

-내열성 벽돌 및 도가니의 정교함의 일부이며 열에 강합니다.

-와셔, 베어링, 피스톤 및 씰과 같은 다양한 기계 장치.

-우수한 고체 윤활제입니다.

-전기 전도성과 화학적 불활성으로 인해 전기 모터 용 전극, 탄소 제조에 사용됩니다.

-원자력 발전소에서 중재자로 사용됩니다.

다이아몬드

다이아몬드는 현재까지 알려진 가장 높은 경도 및 열전도율과 같은 특히 뛰어난 물리적 특성을 가지고 있습니다.

이러한 특성은 높은 연마 성으로 인해 절단 및 연마 용 도구를 만드는 데 사용되는 도구의 산업 응용을 가능하게합니다.

투명성과 백색광을 분해하고 빛을 굴절시키는 기능과 같은 광학적 특성은 렌즈 및 프리즘 제조와 같은 광학 기기에 많은 응용 분야를 제공합니다.

광학적 특성에서 비롯된 독특한 광택은 보석 산업에서도 높은 평가를 받고 있습니다.

무연탄

무연탄은 발화하기 어렵고 천천히 연소되며 많은 산소가 필요합니다. 그것의 연소는 약간의 옅은 푸른 불꽃을 생성하고 많은 열을 방출합니다.

몇 년 전 무연탄은 열전 발전소와 가정용 난방에 사용되었습니다. 그것의 사용은 적은 재 또는 먼지 생성, 적은 연기 및 느린 연소 과정과 같은 장점이 있습니다.

높은 경제적 비용과 희소성으로 인해 무연탄은 열전 발전소의 천연 가스와 가정의 전기로 대체되었습니다.

석탄

석탄은 다음을 얻기 위해 원료로 사용됩니다.

-제철소의 용광로에서 나오는 연료 인 코크스.

-석탄에서 추출한 타르 증류 액을 혼합하여 얻은 크레오소트는 원소에 노출 된 목재의 보호용 실란트로 사용됩니다.

-석탄에서 추출한 크레졸 (화학적으로 메틸 페놀)은 살균 및 방부제로 사용되며,

-가스, 타르 또는 피치와 같은 기타 파생물 및 향수, 살충제, 플라스틱, 페인트, 타이어 및 도로 포장재 제조에 사용되는 화합물.

갈탄

갈탄은 중간 품질의 연료를 나타냅니다. 다양한 갈탄 인 제트는 탄화 과정이 길고 압력이 높아 매우 콤팩트 한 것이 특징이며 보석, 장식품 등에 사용된다.

이탄

이탄은 다음 활동에 사용됩니다.

-식물 종의 성장, 지원 및 수송을 위해.

-유기 퇴비로.

-마구간에서 동물 침대로.

-저품질 연료.

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