Chemický Vzorec

C

Témata

Pozadí
Základní Informace o Uhlíku
Výskyt Uhlíku
Uhlík a Nanotechnologie
Izotopy
Produkce Uhlíku
Zdravotní Aspekty Uhlíku
Klíčové Vlastnosti Uhlíku
Aplikace Oxidu

Pozadí

Od prehistorických dob, lidé byli vědomi přítomnosti uhlíku. Když jeskynní lidé udělali oheň, viděli tvorbu kouře. Barva černého kouře je indikátorem uhlíkových částic z nespálených materiálů.

později byl olej použit jako palivo pro lampy. Spálení oleje mělo za následek uvolnění uhlíku, který na interiéru lampy vytvořil ukoptěný kryt. Tato ukoptěná krytina se stala známou jako lampblack. Lampblack byl smíchán s balzámovou gumou nebo olivovým olejem, aby se vytvořil inkoust.

uhlí je nejčastější formou uhlíku. Dřevo při zahřátí v nepřítomnosti vzduchu, zejména kyslíku, vede k tvorbě dřevěného uhlí. Francouzský fyzik René Antoine Ferchault Reaumur si uvědomil, že uhlík může být prvkem a publikoval práci za tímto účelem v roce 1722. K oficiální klasifikaci uhlíku došlo na konci 18. století. Původně byl pojmenován Carbone na základě předchozího latinského výrazu pro uhlí, charbon.

existuje téměř deset milionů sloučenin uhlíku a „organická chemie“ je odvětví chemie, které se zabývá studiem těchto sloučenin uhlíku. Níže jsou uvedeny některé běžné sloučeniny uhlíku:

• Acetic acid (CH3COOH)
• Ethyl alcohol (C2H5OH)
• Acetylene (C2H2)
• Benzene (C6H6)
• Methane (CH4)
• Ethylene (C2H4)
• Carbon tetrachloride (CCl4)
• Chloroform (CHCl3)
• Carbon dioxide (CO2)
• Carbon monoxide (CO)
• Carbon disulfide (CS2)

Basic Information of Carbon

Table 1. Basic Properties of Carbon

Occurrence of Carbon

Almost 18% of an individual’s body weight is due to carbon. Uhlík je druhým nejčastějším prvkem v lidském těle, čtvrtým nejběžnějším prvkem ve sluneční soustavě, šestým nejběžnějším prvkem ve vesmíru a 17. nejběžnějším prvkem v zemské kůře. Uhlík se vyskytuje v minerálech, jako je hořčík (MgCO3) a uhličitan vápenatý (CaCO3) a zřídka se vyskytuje jako grafit a diamant. Uhlík se také vyskytuje ve formě oxidu uhličitého (CO2) přítomného v atmosféře. Ačkoli oxid uhličitý tvoří jen malou část atmosféry, je to velmi důležitý plyn, protože se používá pro fotosyntézu. Několik druhů uhlí je téměř čistý uhlík. Zemní plyn, uhlí a ropa mají v sobě uhlík. Zemní plyn a ropa jsou všechny uhlovodíky, které jsou sloučeninami vyrobenými z vodíku a uhlíku.

Uhlík a Nanotechnologie

Zatímco allotropes uhlíku, jako jsou grafit a diamant jsou známy již po staletí dalších nanostruktur, jako jsou uhlíkové nanotrubice, grafen a buckminsterfullerene byly objeveny v nedávné době. Ty hrály významnou roli ve vývoji oblasti nanotechnologií.

v základních pojmech je lze popsat jako:

• Graphene – jeden list z uhlíkové atomy uspořádány v šestiúhelníku vzor, tak, aby všechny atomy uhlíku jsou vázány na další 3 atomy uhlíku
• Uhlíkové Nanotrubice– trubice vyrobené z grafenu sheet (single-walled carbon nanotubes). Variace zahrnují trubky, uzavřené na jednom nebo obou koncích, a trubky vyrobené válcováním grafenové listy tak, že jsou několik vrstev tlusté (multi-walled carbon nanotubes).
• Buckminsterfullerene– Někdy nazýván buckyballs, obvykle se skládá z 60 atomů uhlíku spojeny dohromady za vzniku sférické struktury s 20 šestiúhelníkových ploch a 12 pětiúhelníků.

Izotopy

Uhlík 12, uhlík 13 a uhlík-14, jsou tři izotopy uhlíku, které se vyskytují přirozeně.

uhlík-14 je radioaktivní a používá se k měření tloušťky předmětů, např. ocelových plechů. Používá se také v „uhlíku“ chodit s někým “ archeologických vzorků, kde vědci používají poločas uhlíku-14 k určení stáří vzorků.

výroba uhlíku

grafit, diamant a jiné formy uhlíku se získávají přímo z dolů. Syntetické diamanty mohou být vyrobeny, když je čistý uhlík vystaven extrémně vysokým teplotám a tlakům. Dnes se synteticky vyrábí asi 1/3 všech diamantů.

zdravotní aspekty uhlíku

uhlík je naprosto nezbytný pro život a téměř každá molekula v živém organismu obsahuje uhlík. Uhlík má také několik nepříznivých účinků na živé organismy. Černé plíce, například, je nemoc vyvinutá u těžařů uhlí. Plíce horníka vyvinou černou barvu, která je způsobena vdechováním uhelného prachu horníkem. Tento uhelný prach blokuje malé otvory, kterými kyslík vstupuje do plic, což má za následek dýchací potíže, které mohou v nejhorším případě vést ke smrti.

Klíčové vlastnosti uhlíku

• uhlík hoří ve vzduchu za vzniku oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého.
• uhlík reaguje s kyslíkem, ale nereaguje ani se nerozpouští v kyselinách, vodě a jiných podobných materiálech.
• uhlík má schopnost vyvinout dlouhé řetězce, které jsou prakticky nekonečné. Například, plastové molekuly mají dlouhý řetězec atomů uhlíku vzájemně propojených a některé z nich mají také boční řetězce.
• uhlík je přítomen v mnoha alotropních formách. Grafit a diamant jsou alotropy, které mají krystalické struktury. Alotropy bez krystalických struktur jsou buď bez tvaru nebo amorfní.
• koks, uhlí, uhlíkové alotropy a lampblack jsou nekrystalické alotropy.

Aplikace Oxidu

Grafit a diamanty jsou dva důležité allotropes uhlíku, které mají široké využití.

diamanty jsou drahé a atraktivní, a proto se používají ve špičkových špercích. Průmyslové diamanty se používají k řezání, leštění a broušení skla kvůli jejich extrémní tvrdosti.

Grafit používané v:

• Jaderné elektrárny, aby pomohla zpomalit neutrony v jaderné reakce
• Grafit používané ve vedení tužky
• Grafit se používá jako mazivo pro stroje a mechanické díly
• Grafit žáruvzdorné materiály se používají při non-smáčení vyzdívky pecí jsou povinni a oxidace není problém např. ve výrobě hliníku a ve vakuových pecích

Amorfní uhlík také najde celou řadu aplikací, jako jsou:

• Gumové pneumatiky
• Barvy
• Pigmenty
• Gramofonové desky
• Kamna polských
• pásky do psacích strojů.