Węgiel – pierwiastek

Węgiel (C, łac. carboneum) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku p w układzie okresowym.

Stabilne izotopy to 12C oraz 13C. Ważnym niestabilnym izotopem jest 14C (radiowęgiel) powstający z 14N w górnych warstwach atmosfery, pod wpływem promieniowania kosmicznego. Izotop ten używany jest do datowania.

Zawartość węgla w skorupie ziemskiej wynosi 0,018%.

Węgiel był znany już ludziom pierwotnym.

Węgiel posiada następujące odmiany alotropowe [patrz: obrazek pod tabelką]:

* grafit
* diament
* fuleren

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.

Naturalne złoża węgla kamiennego i węgla brunatnego to mieszanina węgla w postaci grafitu, sadzy i różnego rodzaju zanieczyszczeń.

Liczba znanych związków węgla jest ponad 10 razy większa niż liczba wszystkich znanych związków innych pierwiastków. Wynika to głównie z jego znaczenia biologicznego, powodującego że na badania związków węgla poświęca się znacznie więcej czasu i nakładów niż na inne działy chemii. Oprócz organicznych związków węgla duże znaczenie mają też dwutlenek węgla, tlenek węgla, kwas węglowy, węglany oraz węgliki. Powszechnie stosowany jest w stopach z żelazem (stal i żeliwo).

Węgiel stanowi podstawę życia na Ziemi, gdyż z jego związków są zbudowane praktycznie wszystkie struktury organizmów żywych.

Węgiel jest jednym z paliw kopalnych i ważnym źródłem nieodnawialnej energii. Uważa się, że spalanie węgla, a także innych kopalnych paliw przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego.

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.

Węgiel aktywny

Węgiel aktywny (aktywowany) – substancja składająca się głównie z węgla pierwiastkowego w formie bezpostaciowej (sadza), częściowo w postaci drobnokrystalicznego grafitu (poza węglem zawiera zwykle popiół, głównie tlenki metali alkalicznych i krzemionkę). Charakteryzuje się bardzo dużą powierzchnią w przeliczeniu na jednostkę masy (500 – 2500 m2/g), dzięki czemu jest doskonałym adsorbentem wielu związków chemicznych. (Dla porównania powierzchnia kortu tenisowego wynosi około 260 m2)

Wielka powierzchnia właściwa węgla aktywnego jest wynikiem istnienia wewnętrznej struktury porowatej odziedziczonej w dużym stopniu po wyjściowym materiale organicznym, a rozwiniętej w procesie wygrzewania w wysokiej temperaturze przy ograniczonym dostępie powietrza. Większość porów to silnie adsorbujące mikropory oraz pełniące głównie rolę kanałów transportowych mezopory. Węgiel aktywny jest często modyfikowany (np. przez usunięcie popiołu lub impregnację związkami chemicznymi), aby zachowując swoje właściwości adsorpcyjne, mógł bardziej specyficznie pochłaniać określony składnik (np. metale ciężkie).

Znaczenie węgla aktywnego podnosi fakt, że jest to substancja nietoksyczna (nawet przy spożyciu), tania w produkcji (otrzymywana m.in. z drewna jako węgiel drzewny oraz z wielu organicznych odpadów, np. z pestek śliwek), a jednocześnie łatwa do utylizacji po zużyciu (przez spalenie). Jeżeli adsorbowane były na przykład metale ciężkie, można je łatwo odzyskać z powstałego popiołu.

Antracyt (węgiel)

Antracyt – skała osadowa lub/i metamorficzna, organogeniczna, stanowiąca odmianę węgla kopalnego.

Jest to najsilniej przeobrażona odmiana węgla kamiennego, charakteryzująca się największą zawartością węgla, a co za tym idzie najwyższą wartością energetyczną ze spalania.
Charakterystyka

* Typ węgla oznaczony w PN symbolem 42 charakteryzuje się bardzo małą zawartością części lotnych (3-10%), wysokim ciepłem spalania, brakiem zdolności spiekania oraz własności koksujących.
* Zawiera 1-3% wilgoci, 3-8% popiołu.
* Zawartość węgla w antracycie wynosi 90-97%.
* Barwa: Jest koloru czarnego lub ciemnoszarego
* Połysk: ma silny szklisty, półmetaliczny

Jest skałą zbitą i twardą, zawiera niewielkie ilości węglowodorów, niekiedy także pirytu i kwarcu. Jest najbardziej “uwęgloną” odmianą węgla.

Występowanie:

Antracyt powstaje w wyniku działania bardzo wysokich temperatur i olbrzymiego ciśnienia; podczas procesów diagenetycznych (diageneza) oraz metamorficznych. Jego złoża występują na dużych głębokościach, głównie w osadach karbońskich.
Miejsca występowania: Karbońskie zagłębia w Anglii – (Wielka Brytania), Francja, Belgia, Niemcy, Ukraina, USA, Kanada. Także w utworach permskich: Chiny, Australia, Syberia.
W Polsce – w okolicach Wałbrzycha i Nowej Rudy – (eksploatacja nie jest już obecnie prowadzona; na terenach pokopalnianych należących do zlikwidowanej KWK Nowa Ruda utworzono muzeum, które udostępnia do zwiedzania podziemną trasę turystyczną biegnącą autentycznymi wyrobiskami górniczymi.

Wydobycie w Polsce

Antracyt był w Polsce wydobywany w latach 1993-1998 z jedynego, udokumentowanego w kraju złoża Wałbrzych-Gaj. Po likwidacji kopalń KWK Wałbrzych i KWK Victoria skreślono antracyt z listy zasobów geologicznych Polski.

Zastosowanie:

* Jest używany jako wysokokaloryczne paliwo.
* Wykazuje duże przewodnictwo elektryczne, dzięki czemu służy także do wyrobu elektrod.
* stosowany w przemyśle chemicznym i gumowym
* stosowany w przemyśle hutniczym
* do produkcji barwnikow
* do produkcji gazu przemysłowego i koksu.

Węgiel kamienny

Węgiel kamienny – skała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 75-97% pierwiastka węgla, powstała w karbonie (era paleozoiczna) ze szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną barwę, matowy połysk, czarną rysę.

Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo. Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu (zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg.

Węgiel brunatny

Węgiel brunatny to skała osadowa pochodzenia organicznego roślinnego powstała w trzeciorzędzie w erze kenozoicznej ze szczątków roślin obumarłych bez dostępu powietrza. Zawartość węgla 62-75%. Często stosowany jako paliwo. Jego wartość opałowa waha się od 7,5 do 21 MJ/kg.