szén

Szén definíció

noun
plural: szén
car-bon, /ˈkɑɹbən/

(biokémia) A 6-os atomszámú kémiai elem, amely hidrogénnel, oxigénnel stb. egyesülve szerves vegyületeket alkotva széles körben elterjedt.

Etimológia: Latin carbō (“faszén”, “szén”). Jelkép: C

Áttekintés

A szén a természetben megtalálható kémiai elemek egyike. A kémiai elem egy atomtípus tiszta anyagát jelenti. Jelenleg 94 természetes elem, míg 24 szintetikus elem. A szén az egyik leggyakoribb elem az élőlényekben az oxigénnel, a hidrogénnel és a nitrogénnel együtt.

A szén tulajdonságai

A szén a periódusos rendszer hatodik eleme. Atomsúlya 12,011. Jelképe a C. Szublimációs pontja 3642 °C. A szén nem fém. Atomszáma 6. A periódusos rendszer 14. csoportjába tartozik. Előfordulhat atomként vagy tiszta elemként. A szén allotrópjai a szerkezeti konfigurációtól függően morfológiailag különböznek egymástól. A grafit például átlátszatlan és fekete, míg a gyémánt átlátszó. A szén négyértékű, ami azt jelenti, hogy négy elektront tartalmaz. Olyan sok vegyületet képes alkotni, hogy az elemek királyaként emlegetik.

A szén felfedezése

A szén többatomos nemfém, néha metalloid elemnek tekintik. Először az egyiptomiak és a sumérok fedezték fel (i. e. 3750)1 , de elemként először Antoine Lavoisier (1789)2 ismerte fel.

Széntartalmú anyagok

A szén az egyik leggyakoribb elem a Földön. Három természetesen előforduló izotópja van: A szén-12, a szén-13 és a szén-14. A szén más szénatomokkal kölcsönhatásba léphet, és allotrópokat képezhet. Más elemek atomjaival vagy atomcsoportjaival is kölcsönhatásba léphet, és így vegyületeket képezhet. A széntartalmú vegyületek szerves vagy szervetlen vegyületekbe sorolhatók.

Izotópok

Az izotópok ugyanazon elem két vagy több formájának bármelyikét jelentik. Ugyanannyi protonjuk van, de az atommagjukban lévő neutronok számában különböznek. Ezért különböznek egymástól az atomtömegszámukban. Ennek ellenére közel azonos kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. A természetben előforduló szénizotópok közé tartozik a szén-12, a szén-13 és a szén-14. A szén-12 és a szén-13 stabil izotópok. A szén-14 radioizotóp, azaz radioaktív izotóp. A radioizotópok a radioaktív bomlásnak nevezett folyamat révén más elemekre bomlanak. A folyamat akkor következik be, amikor a radioizotóp instabil atommagja sugárzás kibocsátásával energiát veszít. A szén-14 béta-sugárzó, felezési ideje körülbelül 5715 év. Széles körben használják nyomjelzőként az anyagcsere különböző aspektusainak tanulmányozására. Ez a kozmikus sugárzásból származó, természetesen előforduló izotóp felhasználható a természetes széntartalmú anyagokat tartalmazó relikviák datálására. A szén-11 szintetikus izotóp; ciklotronokkal állítják elő. A szén pozitronokat kibocsátó radioizotópja, amelynek felezési ideje 20,3 perc, és a pozitronemissziós tomográfiában használják.

Allotóp

Egy elem allotópja a csak egyfajta elemből képződő többféle anyag bármelyikére vonatkozik. Az allotrópok azonban szerkezetükben különbözhetnek egymástól. Például a szén, a grafit és a gyémánt a szén allotrópjai. Bár csak egyfajta elemből, azaz szénből épülnek fel, fizikai tulajdonságaikban különböznek egymástól. A grafit például átlátszatlan, míg a gyémánt átlátszó. A grafit puha, míg a gyémántot a legkeményebb természetben előforduló anyagnak tartják. A grafit jó elektromos vezető, míg a gyémánt nem. Az allotrópok azonban nem vegyületek, hanem tiszta elemek.

Szerves vegyületek

A szerves vegyületek eredetileg olyan anyagok, amelyeket csak élő szervezetek állítanak elő. Ezt a meghatározást azonban később tévesnek tartották, mivel vannak olyan anyagok, amelyeket élő és élettelen dolgok egyaránt előállíthatnak. Így a szerves vegyületet végül úgy definiálták, hogy “olyan vegyület, amely más atomokhoz kovalensen kötött szenet tartalmaz”, különösen szén-szén (C-C) és szén-hidrogén (C-H) (mint a szénhidrogénekben). A szerves vegyületek osztályozásának számos módja van. Az egyik ezek közül a szintézisük módja alapján. A természetes szerves vegyület (vagy egyszerűen természetes vegyület) olyan vegyület, amelyet természetes úton állítanak elő, például növények vagy állatok. A szintetikus szerves vegyület (vagy szintetikus vegyület) olyan szerves vegyület, amelyet kémiai manipulációkkal (kémiai reakciókkal) állítanak elő. Természetes szerves vegyületek például a cukrok, enzimek, hormonok, lipidek, antigének, zsírsavak, neurotranszmitterek, nukleinsavak, fehérjék, peptidek, aminosavak, vitaminok, lektinek, egyes alkaloidok és terpenoidok stb. A szintetikus szerves vegyületek példái a szintetikus polimerek, mint például a műanyagok és a gumik.

Szervetlen vegyületek

A szervetlen vegyület általános leírása szerint olyan vegyület, amelyből hiányoznak a szénatomok, és archaikusan nem élőlény állítja elő. Később olyan vegyületként definiálják, amelyből hiányoznak a C-C és C-H kovalens kötések. A szervetlenként azonosított széntartalmú vegyületek közül néhány a karbonátok, cianidok, cianátok, karbidok, tiocianátok, szénmonoxid és szén-dioxid.

Szénkörforgás

A szén a negyedik leggyakoribb elem az Univerzumban a hidrogén, a hélium és az oxigén után. A földkéregben a szén a 15. leggyakoribb elem. A szén tehát széles körben kering, és egyik formából a másikba alakul át. A szén körforgása a Földön zajló biogeokémiai körfolyamatok egyike. A szén körforgása a litoszférán, a hidroszférán és a légkörön keresztül zajlik.

A légkörben a szén elsősorban szén-dioxid és metán formájában létezik. Ez a két fő tényező felelős az üvegházhatásért. A szén-dioxidot fontosabb üvegházhatású gáznak tartják, mint a metánt. A szén-dioxid koncentrációja a légkörben az évek során emelkedett, és az egyik fő tényező, amely ehhez az emelkedéshez vezetett, az emberi tevékenység, pl. a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, betongyártás, erdőirtások stb.

A szárazföldi körülmények között a szén mennyisége viszonylag állandó. A szén előfordul és tárolódik a szervezetekben (kb. 500 gigatonna szén) és a talajokban (kb. 1500 gigatonna szén). A szerves szenet az élő szervezetek hasznosítják, különösen a fotoautotrófok. A fotoautotróf szervezetek, például a növények és a cianobaktériumok a szén-dioxidot fontos reakcióanyagként használják fel a fotoszintézis révén történő cukortermeléshez. Mivel az élőlények szénalapú vegyületekből állnak, halálukkor bomlással kisebb, egyszerűbb vegyületekre bomlanak le. Az élő szervezetek olyan anyagokat is kiválasztanak vagy kiválasztanak, amelyek szerves anyagnak (anyagnak) minősülnek. A szerves anyag a természetben található szénalapú vegyületek bármelyikét jelenti. Ez az élőlényekből származó szerves anyag a környezet részévé válik. Így a szerves anyag bőségesen megtalálható az ökoszisztémában, pl. a talaj ökoszisztémájában. A talajba vagy az általános vízbe kerül, ahol aztán táplálékforrásként szolgál az élő szervezetek számára.
Ezeken a biogén forrásokon kívül más természetes forrásokból, például vulkánokból, forró forrásokból és gejzírekből is keletkezik szén-dioxid. Különösen a vulkánok évente körülbelül 0,2-0,3 milliárd tonna szén-dioxidot bocsátanak ki. A vízben és savakban oldott karbonátos kőzetek szintén szén-dioxid-forrást jelentenek. A szén-dioxid 5,1 atm feletti nyomáson különböző víztömegekben oldódik. A nyomás csökkenésekor gáz formájában visszatér a légkörbe.

Biológiai jelentősége

A szén-dioxidot kémiai tulajdonságai miatt gyakran tekintik a földi élet alapjának. Az emberi szervezetben az oxigén után a második legnagyobb tömegű elem. A szén a felnőtt emberi test mintegy 18,5%-át teszi ki.

Lásd még

• Kovalens. kötés
• Szerves vegyület
• Szerves anyag
• Szervetlen vegyület

Hivatkozás