#Hemija

Lekcija: Ugljenik

Ugljenik je veoma dragocen hemijski element. I to i bukvalno! Naime, skupoceni dijamant je oblik ugljenika. Naziv mu potiče od grčke reči adams, što znači „nepobediv“, jer je najtvrđi mineral u prirodi. Brušenjem se od dijamanta dobija brilijant, oblik kojim se ističe njegova lepota i sjaj i koji se koristi za nakit. Draguljari znaju načine kako da razlikuju prave od lažnih brilijanata. To rade tako što upoređuju provodljivost toplote i gustinu.

raw-diamond

Dijamant (levo) i brilijant (desno).

Nalaženje u prirodi

Ugljenik je u prirodi veoma rasprostranjen u vidu svojih jedinjenja. Ubraja se u biogene elemente i u ljudskom telu je drugi po zastupljenosti, sa 18%. U elementarnom stanju javlja se u nekoliko alotropskih modifikacija.

Ugljenik - hemijski element

Ugljenik se nalazi u drugoj periodi i IVa grupi periodnog sistema. Broj valentnih elektrona u atomu ovog elementa je četiri.

carbon-atom

Utvrđeno je da gradi molekule sa većim brojem atoma, odnosno kristalne rešetke.

Alotropske modifikacije

Dijamant

Izuzetno je tvrd, providan je i ne provodi električnu energiju.

struktura_dijamanta

Na slici je prikazan model strukture dijamanta. Atomi grade razgranatu strukturu i svaki od njih je fiksiran. Zato je dijamant tako čvrst.

Koristi se, zbog svoje tvrdoće, za obradu drugih materijala, stakla, kao i drugog dragog kamenja. Od njega se pravi vrh zubarske bušilice.

Grafit

Mekan je, crne boje i sjajan, a dobro provodi toplotu i električnu energiju.

graphite

Na slici je prikazan model strukture grafita. Atomi su raspoređeni u slojevima. Privlačenja između slojeva nije tako jako kao što je između atoma u istom sloju. Zato slojevi klize jedan preko drugog, te je grafit značajno mekši u odnosu na dijamant.

Koristi se za pravljenje olovaka i elektroda.

Fuleren

Ovaj oblik ugljenika otkriven je 1985. Predstavlja čitavu familiju različitih oblika ugljenika, čiji su molekuli u obliku elipse, tube, sfere itd.

C60

Jedan od oblika fulerena podseća na fudbalsku loptu, pa se zove i fudbalen.

Koristi se za podmazivanje.

Amorfni ugljenik

Amorfni ugljenik je čađ, a i koks i aktivni ugalj takođe su amorfne supstance koje sadrže ugljenik.

Amorphous_Carbon

Ovakav oblik ugljenika nazivamo amorfnim, jer nema jasnu strukturu. Naziv je nastao od grčkih reči: prefiks „a“ znači „bez“, dok „morphé“ znači „oblik“.

Koristi se za prečišćavanje vode i pravljenje filtera za gas maske, jer ima veliku površinu za koju se lepe druge čestice.

Ugljenik(II)-oksid

Nastaje pri nepotpunom sagorevanju ugljenika:

monoksid

Ispuštaju ga fabrički dimnjaci i automobili, a ima ga i u duvanskom dimu. To je bezbojan gas, bez mirisa i koji se ne rastvara u vodi i ne reaguje sa njom (neutralan je oksid). Otrovan je, jer potiskuje kiseonik iz hemoglobina eritrocita. Jedan je od zagađivača životne sredine.

Ugljenik(IV)-oksid

Nastaje potpunim sagorevanjem ugljenika:

potpunaoksidacija

Takođe, nastaje i oksidacijom ugljenik(II)-oksida:

oksidacija-oksida

Za razliku od ugljenik(II)-oksida, ugljenik(IV)-oksid ne može da reaguje sa kiseonikom. On ne podržava gorenje.

To je gas bez boje i mirisa, koga sva živa bića ispuštaju procesom disanja, a biljke ga usvajaju tokom fotosinteze. Industrija je dovela do povećanja njegove koncentracije u vazduhu, što je zagađivanje, jer je ugljenik(IV)-oksid gas staklene bašte.

Ugljenik(II)-oksid ima manju gustinu od vazduha, a ugljenik(IV)-oksid veću. Eksperimentator je dobio ugljenik(IV)-oksid dodatkom sirćetne kiseline u staklenu posudu sa sodom bikarbonom. Potom je njegova pomoćnica napravila mehure od sapunice i pogledajte kako su dokazali da ugljenik(IV)-oksid ima veću gustinu od vazduha:

Primena ugljenik(IV)-oksida

Koristi se za gašenje požara jer ne podržava gorenje, a i pošto je teži od vazduha, prekriva zapaljenu supstancu i ne dozvoljava joj kontakt sa kiseonikom.

Ugljenik(IV)-oksid u čvrstom stanju naziva se suvi led. Koristi se kao rashladno sredtvo i imitaciju magle u filmskoj industriji.

Sledeći filmić prikazuje čak osam „kul“ eksperimenata sa suvim ledom:

Ugljena kiselina

Ugljenik(IV)-oksid je kiseli oksid, pa reaguje sa vodom:

karbo-kis

Ova kiselina je slaba i lako se razlaže na ugljenik(IV)-oksid i vodu (otuda povratna strelica u hemijskoj jednačini). To se dešava i u gaziranim pićima, uz karakteristično šuštanje. U gazirana pića se, inače, ubacuje ugljenik(IV)-oksid pod pritiskom.

Kada protresemo takvo piće u konzervi, sva je prilika da ćemo se isprskati kada otvorimo konzervu. No, eksperiment za kraj današnje lekcije pokazuje da ne mora uvek da bude tako: