Karbon Atomu | merhabaplastik.com

Kohlenstoff-Atom

Ordnungszahl: 6

Atomgewicht: 12.0107 (8 gr/mol)

Schmelzpunkt: 3823 °K (3550 °C oder 6422 °F)

Siedepunkt: 4098 °K (3825 °C oder 6917 °F)

Intensität : 2.2670 Gramm/cm3

Phase bei Raumtemperatur: Fest

Elementklassifizierung: Nichtmetall (Nichtmetall)

Periodennummer: 2

Gruppennummer: 14

Gruppenname: keiner

Geschätzte Shell-Abundanz: 2,0×10 mg/kg

Geschätzte Ozeanfülle: 2,8×10 mg/l

Stabile Isotopenzahl: 2

Ionisierungsenergie: 11.260 eV

Oxidationsstufen: +4, +2, -4

Erster Kohlenstoff im Universum:

Physiker glauben heute, dass der größte Teil des Kohlenstoffs im Universum durch Kernreaktionen gebildet wird, die im Zentrum von Sternen stattfinden. Zusammengefasst läuft dieser Vorgang wie folgt ab: Drei Alpha-Teilchen (Helium-Atomkerne), bestehend aus jeweils zwei Protonen und zwei Neutronen, kommen zusammen und verschmelzen zu Kohlenstoffatomkernen bestehend aus sechs Protonen und sechs Neutronen. Dieser Vorgang findet sehr selten statt. Zunächst einmal ist es unwahrscheinlich, dass die drei Alphateilchen zusammenkommen und miteinander verschmelzen. Zweitens sind die resultierenden hochenergetischen Kohlenstoffkerne instabil, selbst wenn die drei Alphateilchen verschmolzen sind. Die allermeisten zerfallen in kurzer Zeit wieder, nur Kerne, die durch Gammastrahlung Energie verlieren, können sich in stabile Kohlenstoffatome umwandeln. Schätzungen zufolge werden von 10.000 Kohlenstoffatomen, die durch den Triple-Alpha-Prozess gebildet werden, nur vier ihrer Kerne in stabile Kohlenstoffatome umgewandelt.

Die Eigenschaften von Erdöl werden durch die geologische Geschichte der Lagerstätten bestimmt, in denen sie vorkommen. Louisiana und nigerianische Rohöle sind ähnlich; beide werden aus ähnlichen Meeresabfällen gebildet. Fernöstliche Öle sind normalerweise wachsartig, schwarz oder braun, schwefelarm und ähnlich wie zentralafrikanische Öle; sie basieren auf terrestrischen Ablagerungen. Öle aus dem Nahen Osten haben einen geringen Wachsgehalt, aber einen hohen Schwefelgehalt. Westaustralisches Öl ist hell und honigfarben, Nordseeöl ist wachsartig, grün-schwarz gefärbt. Die Eigenschaften der Öle in den USA sind aufgrund der unterschiedlichen geologischen Geschichte der Regionen sehr unterschiedlich. Die ältesten ölhaltigen Gesteine sind über 600 Millionen Jahre alt, die jüngsten etwa 1 Million Jahre. Die meisten der entdeckten und gefundenen Ölvorkommen sind zwischen 10 und 270 Millionen Jahre alt.

Der kritischste Faktor bei der Bildung von Öl- und Gasvorkommen ist die Untergrundtemperatur, die mit der Tiefe ansteigt. Erdölkohlenwasserstoffe werden selten bei Temperaturen unter 150 ° F gebildet, und Kohlenwasserstoffe, die bei Temperaturen über 500 ° F gebildet werden, zersetzen sich und werden karbonisiert; Der ideale Temperaturbereich liegt zwischen 225-350 Grad.

vordere Kambriumschicht; Sie sind die Schichten von der Entstehung der Erde (vor etwa 4 Milliarden Jahren) bis zu der Zeit, als die ersten bekannten vielzelligen Organismen begannen (vor 550 Millionen Jahren). Da das Öl als organischen Ursprungs gilt, wird erst in diesen Schichten gebohrt.

Im Paläozoikum und Mesozoikum (vor 550-65 Millionen Jahren) waren dichte Wälder und Meere mit Pflanzen und Tieren gefüllt. Im Laufe der Zeit wurden einige der Toten oder einige der Lebenden mit Sand oder Schlamm bedeckt, um sie vor dem Abbau zu schützen, und so begann der Entstehungsprozess von Öl. Manchmal fand der Prozess mit Schlammlawinen, Sanddünenverschiebungen, manchmal Vulkanausbrüchen, manchmal mit der Erde kollidierenden Meteoriten statt, die riesige Wolken und Staub aufwirbelten. Diese abgeschiedenen Schichten wurden zunehmenden Drücken und damit steigenden Temperaturen ausgesetzt, wobei neue Schichten darauf aufgebracht wurden.

Mit der Verschiebung der Erdkruste wurden diese Schichten, die sich zu bilden begannen, immer tiefer geschoben. Der Erdmittelpunkt ist bekanntlich sehr heiß und die Gesteine befinden sich in einem verflüssigten Zustand. Chemische Reaktionen, die über Jahrtausende mit Bakterien abliefen, die unter all diesen Bedingungen aktiv waren, bildeten die Komponenten Erdgas und Erdöl.

Organisches Material wurde unter Sand und Schlamm begraben, als der Druck zunahm, floss Öl in nahegelegene Felsen. Obwohl Gesteine wie feste Massen aussehen, enthalten sie viele Poren, und einige Gesteine haben mehr und größere Poren als andere. Es gibt drei grundlegende Gesteinsarten; vulkanische, metamorphe (metamorphe) und sedimentäre (oder sedimentäre) Gesteine. Öl wird hauptsächlich in der Nähe von Sedimentgesteinen gefunden, aber nicht jedes Sedimentgestein enthält Öl. Nur 2 % der organischen Substanz werden zu Öl und nur 0,5 % können zurückgewonnen werden. Kohlenwasserstoffe sind leichter als Wasser und wandern von den porösen Gesteinen, in denen sie sich befinden, nach oben, bis sie von nicht porösen (nicht porösen) Schichten (Fallen) eingefangen werden.

Herkömmliche Öl- und Gasvorkommen weisen keine regelmäßige räumliche und zeitliche Verteilung auf. Große Öl- und Gasvorkommen befinden sich in wenigen Becken oder klassischen Ölfeldern in einer Tiefe von weniger als 20.000 Fuß (6,1 km). Diese ungleichmäßige Verteilung hängt mit den Bildungs- oder Brucheigenschaften der Schichten zusammen.

Es gibt mehr als 600 Becken und Unterbecken auf der Welt und die meisten davon werden in einigen geologischen Regionen gesammelt; mögliche Berechnungen zeigen, dass bis zu 80 % der ursprünglichen Ölreserven in 10 Regionen konzentriert sind. Die Arabische Plattform und der Zagros-Gürtel (Saudi-Arabien-Iran-Irak) verfügen über die größten bekannten und entdeckten Reserven.

Obwohl es in allen geologischen Perioden gebildet wird, wurden 95% aller Lagerstätten der Welt nach bekannten Kohlenwasserstoffvorkommen in sechs geologischen Zeiträumen gebildet.

Quellgesteine (an organischer Substanz reiche Schichten, die Kohlenwasserstoffe produzieren) sind der Hauptschlüssel für jedes größere Erdölsystem. Quellgesteine werden in einer Vielzahl von marinen und terrestrischen geologischen Ablagerungen angesammelt und erhalten.

Betrachtet man die Verteilung dieser Sedimente, die ab dem Präkambrium entstanden sind, so stellt man fest, dass 90% von ihnen sechs geologischen Phasen angehören. Schätzungen zufolge enthalten die beiden mesozoischen Phasen (Oberjura und Mittelkreide) mehr als die Hälfte aller identifizierten Kohlenwasserstoffreserven. Quellgesteine dieses Alters finden sich im Nahen Osten, in Sibirien, den Vereinigten Staaten, der Nordsee, Venezuela und Mexiko, wo sich die größten Ölfelder der Welt befinden.

Die am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum:

1.Wasserstoff,

2.Helium,

3. Sauerstoff,

4.Neon,

5. Stickstoff,

6. Kohlenstoff,

7.Silizium,

8.Magnesium,

9.Eisen,

10. Schwefel

Kohlenstoff ist seit der Antike bekannt. Kohlenstoff wird am häufigsten aus Kohlevorkommen gewonnen, muss jedoch häufig in eine für die kommerzielle Nutzung geeignete Form umgewandelt werden. Drei natürlich vorkommende Allotrope von Kohlenstoff sind bekannt: amorph, Graphit und Diamant.

Amorpher Kohlenstoff entsteht, wenn ein kohlenstoffhaltiges Material ohne genügend Sauerstoff verbrennt, um es vollständig zu verbrennen. Auch bekannt als Lampenruß, Gasruß, Kanalruß oder Ruß, wird dieser schwarze Ruß zur Herstellung von Tinten, Farben und Gummiprodukten verwendet. Es kann auch in Formen gepresst werden und unter anderem verwendet werden, um den Kern der meisten Trockenzellen zu bilden.

Graphit, eines der weichsten bekannten Materialien, ist eine Form von Kohlenstoff, die hauptsächlich als Schmiermittel verwendet wird. Obwohl natürlich vorkommend, wird der meiste kommerzielle Graphit durch die Verarbeitung von Petrolkoks, dem schwarzen Teerrückstand, der nach der Raffination von Rohöl zurückbleibt, in einem sauerstofffreien Ofen hergestellt. Natürlich vorkommender Graphit kommt in zwei Formen vor, Alpha und Beta. Diese beiden Formen haben die gleichen physikalischen Eigenschaften, aber unterschiedliche Kristallstrukturen. Alle künstlich hergestellten Graphite sind vom Alpha-Typ. Neben der Verwendung als Schmiermittel wird Graphit in der Form des sogenannten Kokses in großen Mengen bei der Stahlerzeugung eingesetzt. Koks wird durch Erhitzen von Weichkohle in einem Ofen hergestellt, ohne dass sich Sauerstoff vermischen kann. Obwohl es allgemein als Blei bezeichnet wird, ist das schwarze Material, das in Bleistiften verwendet wird, eigentlich Graphit.

Diamant, die dritte natürlich vorkommende Form von Kohlenstoff, ist eines der härtesten bekannten Materialien. Obwohl natürlich vorkommender Diamant typischerweise für Schmuck verwendet wird, werden die meisten handelsüblichen Diamanten künstlich hergestellt. Diese winzigen Diamanten werden durch mehrtägiges oder wochenlanges Komprimieren von Graphit unter hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt und werden hauptsächlich verwendet, um Dinge wie diamantbestückte Sägeblätter herzustellen. Obwohl sie sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, unterscheiden sich Graphit und Diamant nur in ihrer Kristallstruktur.

Ein viertes Allotrop von Kohlenstoff, bekannt als weißer Kohlenstoff, wurde 1969 hergestellt. Es ist ein transparentes Material, das einen einzelnen Lichtstrahl in zwei Strahlen aufteilen kann. Diese Eigenschaft wird als Doppelbrechung bezeichnet. Über diese Art von Kohlenstoff ist wenig bekannt.

Große Moleküle, die nur aus Kohlenstoff bestehen, sogenannte Buckminsterfullerene oder Buckyballs, wurden kürzlich entdeckt und sind derzeit Gegenstand von großem wissenschaftlichen Interesse. Ein einzelner Buckyball besteht aus 60 oder 70 Kohlenstoffatomen (C60 oder C70), die in einer fußballähnlichen Struktur miteinander verbunden sind. Sie können andere Atome in ihrem Gerüst einfangen, scheinen großen Drücken standzuhalten und haben magnetische und supraleitende Eigenschaften.

Kohlenstoff-14, ein radioaktives Kohlenstoffisotop mit einer Halbwertszeit von 5.730 Jahren, wird verwendet, um das Alter alter Lebewesen durch einen als Radiokarbon-Datierung bekannten Prozess zu bestimmen. Die Theorie hinter der Kohlenstoffdatierung ist ziemlich einfach. Wissenschaftler wissen, dass eine kleine Menge des natürlich vorkommenden Kohlenstoffs Kohlenstoff-14 ist. Obwohl Kohlenstoff-14 durch Beta-Zerfall in Stickstoff -14 zerfällt, bleibt die Menge an Kohlenstoff-14 in der Umwelt konstant, da immer neues Kohlenstoff-14 durch kosmische Strahlung in der oberen Atmosphäre erzeugt wird. Lebewesen neigen dazu, kohlenstoffhaltige Materialien aufzunehmen, daher ist der Anteil von Kohlenstoff-14 in Lebewesen der gleiche wie der Anteil von Kohlenstoff-14 in der Umwelt. Wenn ein Organismus stirbt, verdaut er nichts mehr. Der Kohlenstoff-14 in diesem Organismus wird nicht mehr ersetzt und der Prozentsatz von Kohlenstoff-14 beginnt mit dem Abbau zu sinken. Durch die Messung des Prozentsatzes von Kohlenstoff-14 in den Überresten eines Organismus und die Annahme, dass die natürliche Häufigkeit von Kohlenstoff-14 im Laufe der Zeit konstant bleibt, können Wissenschaftler vorhersagen, wann dieser Organismus gestorben ist.

Es gibt etwa zehn Millionen bekannte Kohlenstoffverbindungen, und ein ganzer Zweig der Chemie, die organische Chemie, widmet sich ihrer Erforschung. Viele Kohlenstoffverbindungen sind essentiell für das Leben, wie wir es kennen. Einige der häufigsten Kohlenstoffverbindungen sind: Kohlendioxid (CO 2 ), Kohlenmonoxid (CO), Schwefelkohlenstoff (CS 2 ), Chloroform (CHCh 3 ), Tetrachlorkohlenstoff (CCI 4 ), Methan (CH 4 ), Ethylen ( C 1 - 2 , H 4 ), Acetylen (C 2 , H 2 ), Benzol (C 6 , H 6 ),

Ethylalkohol (C1-2, H5, OH) und Essigsäure (CH3COOH).

In vielen Teilen der Welt wird aus Ölfeldern gewonnenes Rohöl in Raffinerien zu Stoffen verarbeitet, die aus unterschiedlich langen Kohlenstoffketten bestehen. Diese Stoffe werden Erdölderivate genannt. Alle Öle, ob schwer, dick oder dünn, sind Kohlenwasserstoffe.
Benzin ist unter den Leuten nur ein bestimmter Treibstoff; Obwohl es als Benzin, Kerosin, Diesel bekannt ist, eigentlich das Wort Öl; bedeutet unverarbeitetes Rohöl, das sich in seinem natürlichen Zustand befindet und aus dem Untergrund gewonnen wird.
Kohlenstoff, Es befindet sich in Periode 2 und Gruppe 4A. Es wird mit dem Symbol C bezeichnet. Es ist nichtmetallisch. Es hat 6 Elektronen, 6 Protonen, 6 Neutronen. Es verbindet sich mit einigen Elementen zu einem lebendigen Leben. Die Verbindungen mit Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff sind sehr wichtig für das Leben. Sein Schmelzpunkt liegt bei 3500 und der Siedepunkt bei 4800 Grad. Alle Lebewesen enthalten das Element Kohlenstoff. Es kommt in etwa 1% der Erdkruste vor. Es ist das sechsthäufigste Element im Universum. Fest bei Raumbedingungen und schwarz oder farblos
Kohlenstoff hat eine völlig andere und einzigartige Struktur als andere Elemente in Bezug auf die Anzahl und Vielfalt der Verbindungen, die er herstellen kann. Bisher wurden über eine halbe Million verschiedene Kohlenstoffverbindungen getrennt und identifiziert. Aber selbst das sagt wenig über die Fähigkeiten von Carbon aus. Denn Kohlenstoff bildet die Grundlage aller lebenden Materie.
Von den zwei Millionen bekannten verschiedenen Molekülen sind 1.700.000 Moleküle mit einem Skelett aus Kohlenstoffatomen. Diese Verbindungen werden in dem riesigen Zweig der Chemie, der organischen Chemie, untersucht. Kohlenstoffatome bilden sehr leicht Ketten, indem sie sich entlang langer Linien hintereinander anordnen. Die kürzeste Kette besteht aus zwei Kohlenstoffatomen. Welche ist die längste Kette? Noch nicht bekannt.
Keines der anderen Elemente hat eine solche Fähigkeit. Kohlenstoff ist in seiner kettenbildenden Fähigkeit konkurrenzlos. Ketten können sich verzweigen und schließen, um Glieder zu bilden. Ringe sind Polygone aus drei, vier, fünf, sechs oder mehr Kohlenstoffatomen.

Oktan: Es ist ein Kohlenwasserstoff, der in Erdöl vorkommt. Erdöl ist ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen und hat nicht immer eine feste chemische Zusammensetzung. Rohöl, ein natürlicher Brennstoff, weist je nach Vorkommensland unterschiedliche Zusammensetzungen auf. Es gibt viele Arten von Erdöl mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die durch die Kombination von Kohlenwasserstoffen mit unterschiedlichen chemischen Inhalten gebildet werden. Wie Öl auf Paraffinbasis, Öl auf Asphaltbasis. Normaloktan (C8H18 ist ein geradkettiger Kohlenwasserstoff; er wird als Referenzkraftstoff zur Bestimmung der Oktanzahl von Benzin verwendet.

Beta-Zerfall:

Es ist ein Prozess, den instabile Atome nutzen können, um stabiler zu werden.

Es gibt zwei Arten von Betazerfall, Beta-Minus und Beta-Plus.

Beta-Minus-Zerfall:

Ein Neutron im Atomkern wird zu einem Proton, einem Elektron und einem Antineutrino. Das Elektron und das Antineutrino entfernen sich nun vom Kern, der ein Proton mehr hat, als er begonnen hat. Da ein Atom beim Beta-Minus-Zerfall ein Proton gewinnt, wechselt es von einem Element zum anderen. Beispielsweise wird aus einem Kohlenstoffatom (mit 6 Protonen) nach einem Beta-Minus-Zerfall ein Stickstoffatom (mit 7 Protonen).

Beta-Plus-Zerfall:

Ein Proton im Atomkern wird zu einem Neutron, einem Positron und einem Neutrino. Positron und Neutrino entfernen sich nun vom Kern, der ein Proton weniger hat als zu Beginn. Da ein Atom beim Beta-Plus-Zerfall ein Proton verliert, wechselt es von einem Element zum anderen. Zum Beispiel wird nach Beta-plus-Zerfall aus einem Kohlenstoffatom (mit 6 Protonen) ein Boratom (mit 5 Protonen). Obwohl sich die Anzahl der Protonen und Neutronen im Atomkern während des Betazerfalls ändert, bleibt die Gesamtzahl der Teilchen (Protonen + Neutronen) gleich.

Positron:

Das Antimaterie-Gegenstück des Elektrons Während der Beobachtung von kosmischen Strahlenschauern wurden Positronen 1932 von Carl Anderson entdeckt.

Neutrino:

Neutrinos sind neutrale Teilchen, die selten mit Materie wechselwirken.

Wissenschaftler kennen drei Arten von Neutrinos:

Elektron-Neutrinos,
Myon-Neutrinos
Tau-Neutrinos.

Eigenschaftenleri

Eigenschaften von Kohlenstoff

Physikalische Eigenschaften :

Alle physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kohlenstoff hängen mit der Kristallstruktur des Elements zusammen. Die zum Schmelzen und Sieden erforderliche hohe Temperatur sorgt nur dafür, dass die dreidimensionalen kovalenten Bindungen in den Kristallen aufgebrochen werden können.
4 Elektronen in seinem letzten Orbital gefunden. Elementarer Kohlenstoff kommt in zwei kristallinen Strukturen vor, Diamant und Graphit.

Chemische Eigenschaften:

Chemisch reiner Kohlenstoff wird durch Zersetzen von Zucker (Saccharose) durch Erhitzen in einer luftlosen Umgebung gewonnen. Andere Stoffe in der Kohle werden durch Aushärten mit Chlorgas in der Flamme gereinigt. Es wird dann mit Wasser gewaschen und in einer Wasserstoffgasumgebung von Chlor getrennt.
Das Element Kohlenstoff ist eine ziemlich schwere Substanz. Es ist unlöslich in wasserverdünnten Säuren und Basen und organischen Lösungsmitteln. Bei hohen Temperaturen verbindet es sich mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2). Es wird in der organischen Chemie, Metallurgie und biochemischen Reaktionen zur Erklärung der Wirkmechanismen und in der Archäologie zur Altersbestimmung verwendet.

Präsenz in der Natur:

Kohlenstoff und seine Verbindungen sind in der Welt weit verbreitet. Es wird angenommen, dass es 0,032% der Erdkruste ausmacht.
Im freien Zustand liegt das Element in Form von Kohlebetten vor, die komplexe und amorphe (amorphe) Kohlenstoff-Wasserstoff-Stickstoff-Verbindungen enthalten. Reiner Kohlenstoff in der kristallinen Struktur wird in der Struktur von Graphit und Diamant gesehen. Kohlenstoffverbindungen bilden einen großen Teil des Kohlenstoffs in der Natur.
Zum Beispiel befindet sich CO2 in der Atmosphäre mit einem Anteil von 0,03 % ihres Gesamtvolumens. Mineralien wie Kalkstein, Dolomit, Marmor und Kreide enthalten alle Karbonate. Das Pflanzen- und Tierleben basiert vollständig auf organischen Verbindungen, die von Kohlenstoff mit Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und einigen anderen Elementen gebildet werden.
Natürliche Vorkommen wie Öl, Asphalt und Pech sind auch Überreste uralter Tiere und Pflanzen. Darüber hinaus enthalten Erdgaslagerstätten ausschließlich Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen.

Kohlenstoffverbindungen

Calciumcarbonat (CaCO3) :

Es entsteht durch die Reaktion eines Metalls oder einer organischen Verbindung mit Kohlensäure. Es ist eine Art chemischer Verbindung, die unter den Menschen als Kalkstein bekannt ist. Es wird auch Calcit genannt.
Obwohl es zu den Antazida gehört, stellt der Überschuss biologisch schädlich dar. Die in der Natur am dichtesten bekannten Gesteine sind Aragonit, Calcit, Vaterit, Kreide, Kalkstein, Marmor und Travertin. In der Industrie wird es in großem Umfang bei der Herstellung verschiedener Materialien wie Marmor, Kreide und Kalkstein verwendet. Ebenso wird diese Verbindung in großem Umfang bei der Herstellung von Lackmaterialien verwendet.
Calciumcarbonat, das auch bei der PVC-Herstellung verwendet wird, ist ein Molekül, das in der Keramikherstellung verwendet wird.

Schwefelkohlenstoff (CS2) :

Es wird durch die Reaktion von Erdgas oder Erdöl mit Schwefel und durch Kondensieren von Schwefelkohlenstoffdämpfen nach dem gemeinsamen Erhitzen von Schwefel und Holzkohle gewonnen. Es ist explosiv, wenn es gezündet wird, und entzündet sich sogar durch Reibung. Es wird als Lösungsmittel bei der Herstellung von Tetrachlorkohlenstoff und bei der Abscheidung von mineralischen Stäuben verwendet.

Kohlenmonoxid (CO):

Eine anorganische Verbindung, die farblos, geruchlos, gasförmig oder flüssig sein kann. Es brennt mit einer violetten Flamme. Es ist in Wasser leicht löslich, gut löslich in Alkohol und Benzol. Die Reaktion von Dampf mit heißem Koks oder Erdgas, die Detonation organischer Brennstoffe mit wenig Sauerstoff, die Entwässerung von Ameisensäure sind einige der Methoden zur Gewinnung von Kohlenmonoxid. Giftig beim Einatmen; Es ist ein explosives Gas.

Tetrachlorkohlenstoff (CCl4) :

Es ist eine chlorierte, farblose kohlenwasserstoffhaltige Flüssigkeit. Sein Dampf ist 5,3 mal schwerer als Luft. Es ist nicht explosiv. Es wird durch Hochtemperaturchlorierung von Methan oder höheren Kohlenwasserstoffen gewonnen. Es hat eine atemwegsvergiftende Wirkung. Es wird als Kühlmittel und im Halbleiterbau verwendet.

Kohlenschwarz :

Carbon Black ist die Bezeichnung für feste Formen von Kohlenstoff, die durch fortschrittliche kontrollierte Prozesse hergestellt werden.
Obwohl Ruß 95 % Kohlenstoff (:C) als Gehalt enthält, enthält es auch geringe Mengen an Sauerstoff (:O), Wasserstoff (:H) und Stickstoff (:N). Ruß wird hauptsächlich im Rad- und Gummibereich verwendet. Es wird auch verwendet, um das Material zu stärken, die Abriebfestigkeit zu erhöhen und die Reibungswärme auf der Straße zu halten. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Lebensdauer des Rades länger gehalten wird. Carbon Black ist auch ein guter Leiter. Es wird in Produkten bevorzugt, bei denen statische Elektrizität nicht erwünscht ist, wie z. B. Autotankdeckel oder Kraftstoffleitungen.

Auch Ruß wird hauptsächlich in der Kunststoffindustrie verwendet. Ruß wird für die Schwarzlackierung von Kunststoffprodukten bevorzugt. Die Färbekraft eines Rußes hängt von seiner Größe und wichtigen Eigenschaften wie Farbton, UV-Beständigkeit, Dispergierbarkeit usw. ab.

Knötchen/Partikel: (15-300 Nanometer)
Aggregat: (85-500 Nanometer)
Agglomerat: (1-100 Mikrometer)

Die Färbekraft und Farbtöne im Black Masterbatch variieren je nach verwendetem Ruß.

Es gibt drei Aspekte im Zusammenhang mit Farbe in schwarzen Masterbatches:

Schwärze: (Grad der Lichtreflexion)
Jetness: (Der mit der Farbe Schwarz verbundene Wert)
Alttone: (Rückenfarbe in Farbe gefilzt)

Kohlenstoffverbindungen

Identifizierung von Kohlenstoffverbindungen

Die Trennung eines separaten Zweigs der Chemie für nur eines der mehr als 100 heute bekannten Elemente beruht auf der Fähigkeit des Kohlenstoffatoms, mehr Verbindungen als jedes andere Element zu bilden.
Heute sind mehr als 4 Millionen Kohlenstoffverbindungen bekannt, und jedes Jahr werden in Laboratorien Tausende neuer Verbindungen durch Synthese hergestellt oder aus natürlichen Quellen gewonnen.
Was unterscheidet Kohlenstoffatome von anderen Elementatomen? starke kovalente Bindungen untereinander.
Kohlenstoffatome können lange Ketten oder kleine und große Ringe bilden, indem sie aneinander und an einige andere Atome binden. Darüber hinaus können Kohlenstoffatome im Gegensatz zu anderen Elementatomen untereinander Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindungen eingehen.
All dies führt dazu, dass Kohlenstoff einen besonderen Platz einnimmt.

Verbindungen von Kohlenstoffatomen werden durch die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Verbindung definiert:

Bei der Definition von Kohlenstoffverbindungen reicht die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Verbindung allein nicht aus. Auch die Anzahl der Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen in der Verbindung muss angegeben werden.

Es sollte hier vermerkt werden; Es ist nicht die Gesamtzahl der Bindungen in der Verbindung, sondern die Anzahl der Bindungen zwischen jedem der beiden Kohlenstoffatome.

Alle Kohlenstoffe in der Verbindung

Beim Herstellen einer Einfachbindung (-an)

wenn auch nur mindestens eine Doppelbindung (-en)

Wenn Sie sogar mindestens eine Dreifachbindung (-in) eingehen

werden gebracht, um Anhänge zu definieren.

Manchmal liegen die Verbindungen nicht in Form von geraden Kohlenstoffketten vor. Die Kohlenstoffatome an beiden Enden der Verbindung sind miteinander verbunden und bilden eine ringförmige Struktur. Um diese ringförmigen Verbindungen von geraden Ketten zu unterscheiden, wird ihren Namen das Präfix «cyclo» vorangestellt.

Allotrope

Allotrope Kohlenstoffe

Die Formen von Atomen eines Elements, die sich in ihrer Anordnung im Raum unterscheiden, werden Allotrope genannt. Allotrope bestehen aus einem einzigen Element. Da die Atome dieses Elements jedoch eine andere Anordnung aufweisen, unterscheiden sich die physikalischen und viele chemische Eigenschaften des Elements voneinander. Unterschiedliche Sequenzen führten zu unterschiedlichen Bindungsenergien und Bindungsstrukturen.

Die beiden natürlichen Allotrope des Kohlenstoffatoms sind Graphit und Diamant. Fulleren ist ein künstliches Allotrop des C-Atoms.

Diamant :

Es ist die härteste Substanz, die in der Natur bekannt ist. Diamant der Erdkruste Kohlenstoff in den Tiefen von Vulkanen und der Erdkruste

Es entstand durch das Schmelzen des durch seine Hitze in die Klüfte eingebrachten Magmas und dessen Zusammenpressen unter hohem Druck. Diamant ist der beste Wärmeleiter. Der Brechungsindex ist hoch. dein diamant Der Wert des Brechungsindex ist relativ zur Wellenlänge des durch ihn hindurchtretenden Lichts.

verändert sich. Diamant brennt an der Luft bei 850 °C, sein Schmelzpunkt liegt bei 3547 °C. Airless In der Umwelt wird es bei 1500 °C zu Graphit.

In Diamant verbindet sich ein C-Atom mit 4 benachbarten C-Atomen, um tetrahydrale Bindungen zu bilden. Alle Elektronen im äußersten Orbital nehmen an der Bindungsbildung teil. Da es keine freien Elektronen hat, leitet es keinen Strom. Im Diamantmaterial haben C-Atome eine regelmäßige tetraedrische Struktur gebildet. Die Bindungen zwischen den C-Atomen sind sehr stark. Daher ist es hart und langlebig. Aufgrund seiner Langlebigkeit wird Diamant in Schneid- und Bohrwerkzeugen in der Industrie verwendet. Es wird auch in Diamantpolier- und Schleifprozessen verwendet. Diamant wird in vielen Bereichen der Automobilindustrie eingesetzt. Diamant wird auch in der Schmuckindustrie verwendet. Diamant ist aufgrund seiner optischen Eigenschaften ein kostbares Juwel. 75 % der Diamanten weltweit werden für die Industrie und 25 % für die Schmuckherstellung verwendet. Diamanten werden hauptsächlich in Ländern wie Australien, Südafrika, Indonesien, Südamerika und Indien abgebaut.

Graphit :

Es ist sehr weich, fühlt sich ölig an und hat die Eigenschaft, sich zu dünnen Blechen zu biegen. Es ist ein schwarzer, hell gefärbter Feststoff. In der Graphitstruktur verbinden sich drei der Elektronen auf der letzten Bahn des C-Atoms mit den Elektronen anderer Atome, während ein Elektron im freien Zustand ist. Dieses freie Elektron, das nicht an der Bindungsbildung beteiligt ist, machte Graphit zu einem guten Leiter. Im Graphit liegen Kohlenstoffatome in Form von sechseckigen Ringen und in Schichten vor. Die wichtigsten Eigenschaften von Graphit sind, dass es weich und ölig ist und Strom gut leitet. Es wird in der Elektro-Elektronik-Industrie verwendet. Sie wird als Bürste in Elektromotoren verwendet, da sie leitfähig, robust und flexibel ist. Es wird auch in Bleistiften verwendet. Graphit hat einen hohen Schmelzpunkt. Graphit ist auch flexibel. Es ist korrosions- und oxidationsbeständig. Es hat die Fähigkeit, Radiowellen zu absorbieren. Seine hohe Temperaturbeständigkeit ermöglicht den Einsatz in Metallschmelzprozessen in der Eisen- und Stahlindustrie. Seine Hauptherkunft sind Sri Lanka, Nordamerika und Mexiko.

Graphit wird in Form von horizontalen Schichten gebildet und sein Einsatzgebiet ist ziemlich hoch. Aufgrund seiner Eigenschaften sind die Einsatzgebiete von Graphit sehr breit gefächert. Es wird aufgrund seiner Weichheit bei der Bleistiftherstellung und Schmierung von beweglichen Metallteilen, in der Gieß- und Feuerfestindustrie, bei der Herstellung von Tiegeln und Labormaterialien aufgrund seiner Feuer- und Säurebeständigkeit verwendet. Schwarze feuerfeste Farben meist aus Graphit. Aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit wird es bei der Herstellung von Elektroden, Motorbürsten, Batteriestäben und elektronischen Geräten verwendet. Graphit wird auch als Additiv in Reifen, Autoverkleidungen, Streichhölzern und Motorenölen verwendet.

„Festkohlenstoff“ oder „Ascheanteil“ bei der Verwendung von Graphit sind die Parameter, die die Reinheit von Graphit bestimmen und dementsprechend mithelfen, seine Einsatzgebiete zu bestimmen. Reinster Graphit wird zwar hauptsächlich in Elektrobatterien, Trockenzellen, Stahlindustrie und Elektrometallurgie, Elektroden in Elektrogeräten, Bleistiftherstellung und Reaktoren als Atomgraphit verwendet, weniger reine Graphite in Gießereien (Eisen-Stahl), Lackieren, Feuerfestbeschichtungen und Herstellung von Feuerfestpasten in Öfen, Graphitfette und kann in vielen anderen Bereichen verwendet werden.

Entsprechend dem Einsatzgebiet von Graphit ist seine Form in der Regel nicht angegeben. Beim Bau von tiegelförmigen Feuerfestmaterialien sind jedoch seine überlegenen Eigenschaften Aus diesem Grund wird der flockenförmige Graphittyp in anderen metallurgischen Anwendungen verwendet. Amorpher Graphit wird bevorzugt, da er billiger ist.

Anwendungsgebiete von Graphit:

Graphit als Schmiermittel in Maschinenteilen: Seine Gleitfähigkeit, Weichheit und langfristige Haftung an Maschinenteilen Es kann als Schmiermittel in Maschinenlagern verwendet werden. Der für diesen Bereich verwendbare Graphit sollte sehr rein sein (mindestens 95 % graphitierter Kohlenstoff) und keine harten Mineralien wie Quarz enthalten. Die für diesen Bereich am besten geeignete Graphitsorte ist zweifellos die Flockenform. Nachdem der Graphit auf 0,1 - 1 µm Größe gemahlen ist, wird er in Öl, Wasser, Alkohol oder einer ähnlichen Trägerflüssigkeit kolloidisiert und dann an die gewünschte Stelle des Maschinenteils gefördert. Graphit bildet hier je nach Art der Trägerflüssigkeit eine trockene oder nasse Schicht. Trockener Typ, in Ofenketten und Autos, Motorzylindern, Schiffen und Chemieanlagen; der Nassschichttyp wird in Kugellagern unter hohem Druck verwendet.

Graphit zum Schmelzen - Tiegelindustrie: Fast die Hälfte der Weltproduktion von Graphit wird in diesem Bereich verwendet. Da Graphit einen sehr hohen Schmelzpunkt (ca. 4 000 °C) hat, ist es hitzebeständig. Expansionskonstante zu niedrig; Es hat eine sehr gute Beständigkeit gegenüber mechanischer Belastung, chemischer Einwirkung und Temperaturwechsel. Es gehört zu den bevorzugten Merkmalen insbesondere für Gießtiegel, da es die Wärme sehr gut leitet und seine Außenflächen rutschig sind, so dass eine Flüssigkeit das Metall nicht erfasst oder festhält. Hälfte seines Gewichts aus Schamotte oder Kohlenteer, um Bindungseigenschaften zu verleihen; Zusätze wie Sand, Schamottstein und Asbest werden vorgenommen, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten und die Kosten zu senken. Das Verhältnis der Stoffe, die in das Gemisch gelangen, variiert je nach Verwendungszweck. Tiegelgeeigneter Graphittyp, feinkörnig (durchschnittliche Korngröße 0,3 mm), hochverdichtet, asche- und schwefelfrei, hochwertig (85 % oder mehr) mit graphitiertem Kohlenstoff. Wenn es Asche enthält, ist es wünschenswert, dass die Asche einen hohen Schmelzpunkt hat (meist srilankischer Typ).

Graphit verwendet in der Gussindustrie: Graphitpulver mit 40-60% graphitisiertem Kohlenstoff werden hauptsächlich in Gießereien verwendet. Es wird verwendet, um Gussformen durch Mischen mit Ton und Sand herzustellen. Gemahlenes Kokspulver und Petrolkoks gemischt mit Bentonit oder Olivin können in dieser Industrie Graphit ersetzen.

Graphit verwendet in der Bleiherstellung: Die Bleistiftmine besteht aus einer behandelten Mischung aus Kaolin, Bentonit und Graphit. Der für diesen Einsatz am besten geeignete Graphittyp ist der feinkörnige und kompakte Graphit. Wegen seiner Weichheit wird natürlicher Graphit bevorzugt. Proportional zu seiner Reinheit steigt sein Wert in diesem Bereich. Amorpher Graphit wird für Bleistiftspitzen von geringer Qualität verwendet. In beiden Fällen ist der gewünschte Graphittyp ein Graphit, der keine Schleifmittel (wie Quarz) enthält und zu 96 % aus graphitisiertem Kohlenstoff besteht.

Graphit bei der Herstellung von Motoren- und Generatorbürsten: Diese Materialien werden aus hochtemperaturamorphem oder aderähnlichem Naturgraphit hergestellt. Zu diesem Zweck sollte der graphitisierte Kohlenstoffgehalt des entsprechenden Graphits mehr als 85 % betragen. Graphit- und Metallpulver (Kupfer oder Silber), die mit Pech, Teer oder Harz verbunden sind, werden zur Herstellung von Graphitbürsten verwendet.

Andere Verwendungen von Graphit: In den letzten Jahren wurden große Mengen an Graphit in der Trockenzellenindustrie verwendet. Hierfür eignen sich am besten Flocken (plättchenförmig) und Graphitpulver. Es muss mindestens 85 % graphitischen Kohlenstoff enthalten. Graphit wird auch in der Flugzeugindustrie, in bestimmten Düsentriebwerksteilen und Flugzeugteilen verwendet, wobei graphitfilamentverstärkte Verbundmaterialien zur wesentlichen Gewichtsreduzierung verwendet werden. Auch in Sportgeräten kommen solche Materialien zum Einsatz, und es wird an ihrer Verwendbarkeit im Automobil geforscht.

Graphit wird häufig in Atomreaktoren, in der pharmazeutischen Produktion und in verschiedenen Bereichen der metallurgischen Industrie verwendet. Es wird für zwei verschiedene Zwecke in der Pulvermetallurgie, Graphit, Lagerwerkstoffe und Stahlerzeugung als Kohlenstofflieferant für Stahl verwendet. Graphit als Gleitmittel während der Formgebung des Pulvermischungsmaterials durch Kompression; Beim Sintern dieses Materials wirken Metalloxide als Reduktionsmittel. Graphit, der in der Eisen- und Stahlproduktion verwendet wird, muss sehr rein sein. Sonstiges Es ist möglicherweise nicht so wichtig, dass der bei der Herstellung einiger Metalle benötigte Graphit gleich rein ist. Abhängig von der Änderung von Faktoren wie Graphitreinheit, Korngröße, Größenverteilung und Feuchtigkeit; Verschleiß und Reibung auf dem gewünschten Niveau, geölte Lager hergestellt werden können. Es gibt keine Beschränkung hinsichtlich der Art und Reinheit des auf diesem Gebiet verwendeten Graphits.

Fulleren:

Es ist ein künstliches Allotrop des Kohlenstoffatoms. Es hat eine ähnliche Struktur wie Graphit, aber die Anordnung und Schichten der Atome unterscheiden sich von denen in Graphit. Fulleren sind im Allgemeinen kugelförmige, zylindrische Hohlringstrukturen, die durch planare Bindung von sechs Kohlenstoffatomen gebildet werden. Das kleinste besteht aus 60 Kohlenstoffatomen. Dargestellt als C60. Röhrenförmige Verbindungen, sogenannte Fullerenverbindungen, wurden nach speziellen Methoden aus dem Graphit-Allotrop von Kohlenstoff hergestellt.

Graphen:

Es ist der Name, der einer der wabengeflochtenen Strukturen des Kohlenstoffatoms gegeben wird.

Buckminsterfullerene (Buckyball):

Es ist ein Fulleren mit der Formel C60. Es hat eine gitterartige verschmolzene Ringstruktur, die wie ein Fußball aussieht und aus zwanzig Sechsecken und zwölf Fünfecken besteht. Jedes Kohlenstoffatom hat drei Bindungen. Es ist ein schwarzer Feststoff, der sich in Kohlenwasserstofflösungsmitteln löst, um eine violette Lösung zu erzeugen.

Verwendung von Kohlenstoff

Es hat eine Vielzahl von Anwendungen, von der Anwesenheit von Diamant als freiem Element bis zur Herstellung von Druckfarbe. Graphit, ein natürlicher Kohlenstoff, wird als Elektrode in Hochtemperaturtiegeln und Trockenzellen verwendet; Es wird zur Herstellung von Bleistiften und Maschinenöl verwendet. Kohlenstoffverbindungen hingegen haben je nach Anzahl eine viel breitere Anwendung.

Aktivkohle :

Es ist ein allgemeiner Begriff, der verwendet wird, um die Familie der kohlenstoffhaltigen Adsorbentien mit ihrer großen Kristallform und sehr großen inneren Porenstruktur zu beschreiben. Aktivkohlen sind nützliche Produkte, die für die menschliche Gesundheit unbedenklich sind und eine sehr hohe Porosität und innere Oberfläche aufweisen. Aktivkohlen können Moleküle und Ionen in der Lösung durch ihre Poren an ihre Innenflächen anziehen und werden daher als Adsorptionsmittel bezeichnet. Handelsübliche Aktivkohlen werden erhalten, indem Aktivkohlen aus Holz, Torf, Braunkohle, Kohle, Holzkohle, Knochen, Kokosnuss-, Reis-, Nuss- und Ölprodukten durch verschiedene Verfahren aktiviert werden.

Kohlenstoff-14-Test

Bevor die Radiokarbon-Datierungsmethode entwickelt wurde, war es schwierig zu sagen, zu welchem Datum ein archäologisches Artefakt gehörte. Mit Hilfe eines anderen Fundes, der referenziert werden sollte, musste nur geraten werden. Die Verwendung dieser ungenauen Methoden bereitete Archäologen jedoch oft Sorgen. Das als Radiokarbon bekannte Verfahren wurde in den späten 1940er Jahren entwickelt und ist heute weit verbreitet.

Nach dem Tod eines Organismus stoppt die Absorption von Kohlenstoff-14, das radioaktive Isotop beginnt zu zerfallen und wird nicht wieder aufgefüllt. Basierend auf dieser Tatsache messen Archäologen die Menge an Kohlenstoff-14, indem sie sie mit dem stabilen Isotop Kohlenstoff-12 vergleichen und bestimmen, wie alt ein Objekt ist.

Bei dieser Methode sollte die zu untersuchende Probe jedoch keine organischen Stoffe (z. B. menschliche Hände) berühren. Außerdem muss die Stichprobe groß sein, um genauere Daten zu erhalten. In den letzten Jahren wurden jedoch auch kleinere Proben mit neuen Techniken effektiv getestet. Ist die zu untersuchende Probe älter als 50.000 Jahre, kann der Kohlenstoff-14-Gehalt zu diesem Zeitpunkt auf praktisch nicht mehr nachweisbare Werte abgesunken sein.

Trotz dieser Einschränkungen liefern Kohlenstoff-14-Tests Archäologen die genauesten Ergebnisse. Die Radiokarbon-Datierung ist für viele Archäologen von entscheidender Bedeutung. Archäologische Kohlenstoff-14-Tests ermöglichen es, das Alter von Objekten im Weltmaßstab zu vergleichen.

Kurz gesagt, die Kohlenstoff-14-Datierungsmethode ist eine Methode zur Bestimmung des Alters einiger archäologischer Artefakte biologischen Ursprungs vor bis zu 50.000 Jahren. Es wird insbesondere zur Datierung von Objekten wie Knochen, Stoff, Holz und Pflanzenfasern verwendet.

Verwendung

Kohlefaser

Es wurde 1958 in der Nähe von Cleveland Ohio gefunden. Es wurde ursprünglich nur in Isolations-, Filtermaterialien und Beleuchtungsanwendungen verwendet. Jahre später führte die Union Carbide Company bei der amerikanischen Luftwaffe kohlensäurehaltiges Gewebe anstelle von Glasfasergewebe ein. Obwohl seine mechanischen Eigenschaften hinter anderen Materialien zurückblieben, erkannte Union Carbide das große Potenzial von Kohlenstofffasern und verarbeitete sie dann perfekt, um Kohlenstofffasern herzustellen.

Die Produktionsarten für Kohlefasern bestehen aus 4 Abschnitten:

Oxidation:

Zunächst werden die Fasern in der Luftumgebung auf 300 ° C erhitzt. Durch diesen Prozess kann Wasserstoff von der Faser getrennt werden, wobei flüchtigerer Sauerstoff hinzugefügt wird. Dann werden für die Karbonisierungsstufe die Fasern geschnitten und in Graphitwannen gegeben. Es wandelt sich von der Polymerleiterstruktur in eine stabile Ringstruktur um. Während dieses Prozesses ändert sich die Farbe der Faser von weiß nach braun und dann nach schwarz.

Verkohlung:

Dies ist die Stufe der 100% igen Karbonisierung der Fasern durch Erhitzen der Fasern auf 3000 ° C in einer nicht brennbaren Atmosphäre. Die im Karbonisierungsprozess angewendete Temperatur bestimmt die Klasse der hergestellten Faser.

Oberflächenbehandlung:

Der Elektrolyt wird im Bad abgelagert, um die Oberfläche des Kohlenstoffs zu reinigen und die Faser besser auf dem Harz des Verbundmaterials zu haften.

Abdeckung:

Diese Stufe ist ein neutraler Endbearbeitungsprozess, um die Faser vor weiterer Verarbeitung zu schützen. Die Faser ist mit Harz bedeckt. Normalerweise wird für diesen Beschichtungsprozess Epoxid verwendet. Es wirkt als Grenzfläche zwischen dem im Verbundwerkstoff zu verwendenden Harz und der Faser.

Kohlefaser ist berühmt für ihr stilvolles und modernes Aussehen. Kohlefaser ist jedoch für ihre Leistung am meisten bevorzugt. Es hat eine kombinierte Festigkeit und Härte-Gewicht, die in der Verbundindustrie unerreicht ist. In der Tat übertrifft Kohlefaser bei Vergleichen von Festigkeit zu Gewicht die meisten herkömmlichen Baumaterialien.

Graphitfasern formulieren diese Stärke. Diese Fasern bestehen zu etwa 95% aus Kohlenstoff und bieten die höchste Zugfestigkeit in der GFK-Industrie. Die Zugfestigkeit ist die Kraft, die erforderlich ist, um beide Enden beliebiger Länge zu ziehen, bis sie brechen. Darüber hinaus dominiert Kohlefaser die Industrie hinsichtlich der Fähigkeit eines Materials, Belastungen standzuhalten, die komprimieren oder dazu neigen, sich zu verkleinern, und der Biegefestigkeit - der Fähigkeit, Verformungen unter Belastung zu widerstehen. Diese Fasern werden gebündelt und dann auf verschiedene Weise kombiniert, um eine Kohlefaserverstärkung und Teile zu bilden, die diese Festigkeitseigenschaft erhalten.