Węgiel

Węgiel Definicja

rzeczownik
liczba mnoga: carbons
car-bon, /ˈkɑɹbən/

(biochemia) Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 6 i jest szeroko rozpowszechniony tworząc związki organiczne po połączeniu z wodorem, tlenem itp.

Etymologia: Łacińskie carbō („węgiel drzewny”, „węgiel”). Symbol: C

Przegląd

Węgiel jest jednym z pierwiastków chemicznych występujących w przyrodzie. Element chemiczny odnosi się do czystej substancji jednego typu atomu. Obecnie, 94 są naturalne elementy, podczas gdy 24 są syntetyczne. Węgiel jest jednym z najbardziej powszechnych elementów w organizmach żywych, wraz z tlenem, wodorem i azotem.

Właściwości węgla

Węgiel jest szóstym elementem w układzie okresowym. Jego masa atomowa wynosi 12,011. Jego symbol to C. Jego punkt sublimacji 3642 °C. Węgiel jest niemetalem. Jego liczba atomowa wynosi 6. Należy do grupy 14 układu okresowego. Może występować jako atom lub jako czysty pierwiastek. W zależności od konfiguracji strukturalnej, alotropy węgla różnią się morfologicznie. Na przykład, grafit jest nieprzezroczysty i czarny, podczas gdy diament jest przezroczysty. Węgiel jest tetrawalencyjny, co oznacza, że posiada cztery elektrony walencyjne. Może tworzyć tak wiele związków, że jest określany jako król pierwiastków.

Odkrycie węgla

Węgiel jest polimerem niemetalicznym, czasami uważany za pierwiastek metaloidalny. Po raz pierwszy został odkryty przez Egipcjan i Sumerów (3750 p.n.e.)1, ale jako pierwiastek został po raz pierwszy uznany przez Antoine’a Lavoisiera (1789)2.

Substancje zawierające węgiel

Węgiel jest jednym z najobficiej występujących pierwiastków na Ziemi. Ma trzy naturalnie występujących izotopów: Węgiel-12, Węgiel-13, i Węgiel-14. Węgiel może oddziaływać z innymi atomami węgla i tworzyć alotropów. Może również oddziaływać z atomami lub grupami atomów różnych pierwiastków, tworząc związki. Związki zawierające węgiel mogą być klasyfikowane jako organiczne lub nieorganiczne.

Izotopy

Izotopy odnoszą się do dowolnego z dwóch lub więcej form tego samego elementu. Mają taką samą liczbę protonów, ale różnią się liczbą neutronów w swoich jądrach. Dlatego też różnią się masową liczbą atomową. Mimo to wykazują niemal identyczne właściwości chemiczne. Izotopy węgla, które występują naturalnie to węgiel-12, węgiel-13 i węgiel-14. Węgiel-12 i węgiel-13 są stabilnymi izotopami. Węgiel-14 jest radioizotopem, czyli izotopem promieniotwórczym. Radioizotop rozpada się na inne pierwiastki w procesie zwanym rozpadem promieniotwórczym. Proces ten zachodzi, gdy niestabilne jądro atomowe radioizotopu traci energię poprzez emisję promieniowania. Węgiel-14 jest emiterem beta o okresie połowicznego rozpadu wynoszącym około 5,715 lat. Jest on szeroko stosowany jako znacznik w badaniach różnych aspektów metabolizmu. Ten naturalnie występujący izotop pochodzący z bombardowania promieniami kosmicznymi może być wykorzystywany do datowania reliktów zawierających naturalne materiały węglowe. Węgiel-11 jest izotopem syntetycznym; jest produkowany cyklotronowo. Jest to radioizotop węgla emitujący pozytony o okresie połowicznego rozpadu 20,3 minuty, który jest wykorzystywany w tomografii pozytronowej.

Alotrop

Alotrop pierwiastka odnosi się do każdej z wielu substancji utworzonych przez tylko jeden typ pierwiastka. Alotropów choć mogą różnić się pod względem struktury. Na przykład, węgiel, grafit i diamenty są alotropami węgla. Chociaż składają się one tylko z jednego rodzaju pierwiastka, którym jest węgiel, różnią się właściwościami fizycznymi. Na przykład, grafit jest nieprzezroczysty, podczas gdy diament jest przezroczysty. Grafit jest miękki, podczas gdy diament jest uważany za najtwardszą naturalnie występującą substancję. Grafit jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, podczas gdy diament nie jest. Allotropów choć nie są związki, ale czyste elementy.

Związki organiczne

Związki organiczne są początkowo zdefiniowane jako te substancje produkowane tylko przez organizmy żywe. Jednak ta definicja została później uznana za błędną, ponieważ istnieją substancje, które mogą być produkowane zarówno przez żywe, jak i nieożywione rzeczy. Tak więc, związek organiczny został ostatecznie zdefiniowany jako „taki, który zawiera węgiel związany kowalencyjnie z innymi atomami”, zwłaszcza węgiel-węgiel (C-C) i węgiel-wodór (C-H) (jak w węglowodorach). Istnieje wiele sposobów klasyfikowania związków organicznych. Jeden z nich opiera się na sposobie ich syntezy. Naturalny związek organiczny (lub po prostu związek naturalny) to taki, który jest wytwarzany naturalnie, np. przez rośliny lub zwierzęta. Syntetyczny związek organiczny (lub związek syntetyczny) to związek organiczny, który jest przygotowywany za pomocą manipulacji chemicznych (reakcji chemicznych). Przykładami naturalnych związków organicznych są cukry, enzymy, hormony, lipidy, antygeny, kwasy tłuszczowe, neuroprzekaźniki, kwasy nukleinowe, białka, peptydy, aminokwasy, witaminy, lektyny, niektóre alkaloidy i terpenoidy itp. Przykłady syntetycznych związków organicznych są syntetyczne polimery, takie jak tworzywa sztuczne i gumy.

Związki nieorganiczne

Ogólne przedstawienie związku nieorganicznego jest jeden, że brakuje atomów węgla i archaicznie, nie produkowane przez żywą istotę. Później, to jest zdefiniowane jako związek, który nie ma C-C i C-H wiązań kowalencyjnych. Niektóre ze związków zawierających węgiel określane jako nieorganiczne to węglany, cyjanki, cyjaniany, węgliki, tiocyjaniany, tlenek węgla i dwutlenek węgla.

Cykl węglowy

Węgiel jest czwartym najobficiej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie, po pierwiastkach: wodorze, helu i tlenie. Jeśli chodzi o skorupę ziemską, węgiel jest 15 najbardziej obfitym elementem. Tak więc, węgiel jest szeroko rozpowszechniony i przekształcany z jednej formy w drugą. Cykl węglowy jest jednym z cykli biogeochemicznych, które występują na Ziemi. Węgiel krąży w litosferze, hydrosferze i atmosferze.

W atmosferze, węgiel występuje głównie w postaci dwutlenku węgla i metanu. Te dwa są głównymi czynnikami odpowiedzialnymi za efekt cieplarniany. Dwutlenek węgla jest uważany za ważny gaz cieplarniany, bardziej niż metan. Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrosło na przestrzeni lat, a jednym z głównych czynników, które doprowadziły do tego wzrostu jest działalność człowieka, np. spalanie paliw kopalnych, produkcja betonu, wylesianie itp.

W warunkach lądowych ilość węgla jest względnie stała. Węgiel występuje i jest magazynowany w organizmach (około 500 gigatonów węgla) oraz w glebach (około 1500 gigatonów węgla). Węgiel organiczny jest wykorzystywany przez organizmy żywe, w szczególności przez fotoautotrofy. Organizmy fotoautotroficzne, takie jak rośliny i sinice, wykorzystują dwutlenek węgla jako ważny reagent do produkcji cukrów w procesie fotosyntezy. Ponieważ organizmy żywe składają się ze związków opartych na węglu, są one rozkładane na mniejsze, prostsze związki w procesie rozkładu, kiedy umierają. Żywe organizmy również wydalają lub wydzielają materiał, który jest uważany za materiał organiczny (materię). Materia organiczna odnosi się do każdego ze związków na bazie węgla występujących w przyrodzie. Ta materia organiczna pochodząca od istot żywych staje się częścią środowiska. Tak więc, materia organiczna obfituje w ekosystemie, np. ekosystemie glebowym. Przenosi się ona do gleby lub do wody w głównym nurcie, gdzie następnie służy jako źródło pożywienia dla organizmów żywych.
Oprócz tych biogennych źródeł, dwutlenek węgla jest produkowany z innych naturalnych źródeł, takich jak wulkany, gorące źródła i gejzery. Wulkany, w szczególności, emitują około 0,2 do 0,3 miliarda ton dwutlenku węgla rocznie. Skały węglanowe rozpuszczone w wodzie i kwasach są również źródłem dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla rozpuszcza się w różnych zbiornikach wodnych przy ciśnieniu powyżej 5,1 atm. Wraca do atmosfery jako gaz, gdy ciśnienie spada.

Znaczenie biologiczne

Węgiel jest często uważany za podstawę życia na Ziemi ze względu na swoje właściwości chemiczne. W organizmie człowieka, jest to drugi najbardziej obfite elementu przez masę, po tlenu. Węgiel stanowi około 18,5% ciała dorosłego człowieka.

Zobacz także

• Wiązanie kowalencyjne wiązanie
• Związek organiczny
• Materia organiczna
• Związek nieorganiczny

Odniesienie

.