Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

1.Węgiel znajduje się w 14 grupie układu okresowego ( IV grupie głównej). Na ostatniej powłoce (walencyjnej) ma 4 elektrony. 2.Znajduje się w drugim okresie – atom węgla ma dwie powłoki elektronowe. 3.Liczba protonów w jadrze = całkowitej liczbie elektronów na orbitach wynosi 6 i oczywiście jest to liczba atomowa węgla 4.Knfiguracja elektronowa:

Trzy z nich występują naturalnie. Izotopy – atomy tego samego pierwiastka różniące się ilością neutronów w jądrze. Posiadają taką samą liczbę atomową, lecz różne masy atomowe Izotopów węgla odkryto aż 12, co jest bardzo dużą ilością jak na pierwiastek o tak małej masie atomowej. Trzy z nich występują naturalnie. Trwałe są tylko dwa izotopy węgla 12C i 13C Skład procentowy izotopów węgla wynosi 98,892% 12C i 1,108% 13C. Pierwszy z nich uzyskał sławę, gdyż za jednostkę mas atomowych przyjęto1/12 masy tego izotopu. Izotop 14C jest promieniotwórczy o czasie połowicznego rozpadu równym około 5700 lat. Ten szczególny izotop węgla stale znajduje się w atmosferze (choć w niewielkich ilościach). Znalazł on zastosowanie w datowaniu m.in. skamieniałości organizmów roślinnych i zwierzęcych, takich wytworów działalności ludzkiej jak wyroby z drewna, skóry czy  włókien roślinnych.

W stanie wolnym występuje w niewielkich ilościach jako grafit ,diament W stanie wolnym występuje w niewielkich ilościach jako grafit ,diament. lub fulereny (odmiany alotropowe). Patrz : http://szkolnictwo.pl/test,4,2604,1,W%C4%99giel_pierwiastkowy- odmiany__w_jakich_wyst%C4%99puje Węgiel jest podstawowym składnikiem każdej substancji pochodzenia organicznego. W stanie związanym węgiel znajduje się w: tkankach roślin i zwierząt, węglowodorach (ropa naftowa i gaz ziemny), węglanach (CaCO3, FeCO3 i inne), dwutlenku węgla stanowiącym składnik powietrza (0,046% wag.; 0,03% obj.) i wód naturalnych, węglach kopalnych (antracyt, węgiel kamienny i brunatny, torf) stanowiących krystaliczne mieszaniny organiczne związków węgla.

Węgiel wielokrotnie przemieszcza się w cyklu zamkniętym między atmosferą ziemską, skorupą ziemską, hydrosferą i organizmami. Węgiel znajdujący się w obiegu występuje głównie w wodach mórz i oceanów (jest go ok.16 razy więcej niż w atmosferze) w postaci rozpuszczonego dwutlenku węgla( CO2)oraz jonów wodorowęglanowych (HCO3- ) i węglanowych (CO32-). W atmosferze węgiel istnieje prawie wyłącznie w postaci dwutlenku węgla. Atmosferyczny dwutlenek węgla jest nieprzerwanie pobierany przez rośliny w procesie fotosyntezy oraz stale jest oddawany do atmosfery w procesie oddychania roślin i zwierząt. Dwutlenek węgla związany przez rośliny wchodzi w skład materii organicznej, z której korzystają zwierzęta i drobnoustroje. Martwe szczątki roślin i zwierząt są przez reducentów rozkładane i węgiel powraca w postaci dwutlenku węgla do atmosfery i wód. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze zwiększa się podczas pożarów lasów i przy spalaniu paliw kopalnianych i przemysłowych. Są to dodatkowe źródła węgla wchodzące w di obiegu, a ponieważ dopływ ten nie jest w pełni równoważony przez pobieranie dwutlenku węgla z atmosfery przez rośliny, następuje stały wzrost jego stężenia w atmosferze.

Węgle kopalne to: antracyt (96%), węgiel kamienny (około 87% pierwiastka C), węgiel brunatny (65-72%), torf (60%). Pokłady węgla powstały ze szczątek roślinnych w wyniku bituminizacji. Węgiel kamienny to odmiana zawierająca około 87% pierwiastka węgla. Stosowany jest jako paliwo, np. przy ogrzewaniu mieszkań i w elektrociepłowniach. Węgiel brunatny zawiera około 70% pierwiastka węgla. Stosowany jest również jako paliwo, ale podczas spalania wydziela mniejszą ilość ciepła niż węgiel kamienny czy antracyt. Torf zawiera około 60% pierwiastka węgla. Ma barwę ciemnobrunatną. Występuje na dnie bagien, powstaje ze zgniłych roślin. Znalazł zastosowanie jako opał, podściółka dla bydła, nawóz, jako materiał izolacyjny w budownictwie.

Gaz ziemny występuje zazwyczaj w złożach wraz z ropą naftową. To dzięki niemu, ze świeżych odwiertów początkowo tryska ropa naftowa, gdyż gaz ziemny występuje pod wysokim ciśnieniem. Istnieją także złoża gazu ziemnego występujące samodzielnie, jednak jest ich zdecydowanie mniej. Pod względem chemicznym jest mieszaniną gazów. Zawartość składników jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym składnikiem stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego jest zawsze metan. UWAGA Gaz ziemny, a tym samym zawarty w nim metan nie mają zapachu. Dlatego do gazu ziemnego dodawane są substancje o intensywnym zapachu, dzięki którym można wyczuć jego obecność w powietrzu. Jest to ostrzeżenie, aby nie używać wówczas otwartego ognia, lecz natychmiast wywietrzyć pomieszczenie i ustalić przyczynę ulatniania się gazu.

Właściwości fizyczne: Stan skupienia – lotny Barwa – bezbarwny Zapach – bezwonny Gęstość – lżejszy od powietrza Rozpuszczalność w H2O – bardzo trudno rozpuszcza się w wodzie Wzór sumaryczny i strukturalny cząsteczki metanu Wzór sumaryczny - CH4 Wzór strukturalny ( kreskowy) Związki chemiczne zawierające w swojej strukturze wyłącznie atomy węgla i wodoru nazywamy węglowodorami UWAGA! Węgiel w związkach organicznych jest zawsze czterowartościowy.

Właściwości chemiczne metanu Spalanie metanu 1. Czysty metan spala się spokojnie niebieskawym płomieniem w miarę wydobywania się cząsteczek tego gazu z probówki lub z przewodów, którymi jest doprowadzany do domów. 2. Mieszanina metanu z powietrzem spala się wybuchowo, gdyż równocześnie mogą reagować wszystkie cząsteczki metanu. Awaria instalacji gazowych bądź nieumiejętne obchodzenie się z urządzeniami gazowymi stwarzają niebezpieczeństwo wybuchowego spalania metanu zmieszanego z powietrzem. http://www.youtube.com/watch?v=gavc6obCTts

3. Przy zbyt małym dostępie tlenu, gdy na jedną cząsteczkę metanu przypada mniej niż dwie cząsteczki tlenu, przebieg reakcji spalania jest inny. W takim wypadku cząsteczki tlenu łączą się przede wszystkim z atomami wodoru tworząc wodę. Atomy węgla, dla których .nie wystarczyło" cząsteczek tlenu, tworzą bądź cząsteczki tlenku węgla CO, bądź wydzielają się w postaci sadzy. półspalanie do tlenku węgla (czadu): Wydziela się bezwonny, bardzo trujący tlenek węgla II CO, zwany czadem niecałkowicie do węgla pierwiastkowego (sadzy): Metan jest związkiem mało aktywnym chemicznie. Poza reakcją spalania, w trakcie której łączy się z tlenem, bardzo trudno reaguje z innymi substancjami. Można to wytłumaczyć znaczną siłą wiązań chemicznych między atomami węgla i wodoru, które muszą ulec rozerwaniu, gdy cząsteczka metanu bierze udział w reakcji.

Występuje w ropie naftowej i gazie ziemnym. ETAN Występuje w ropie naftowej i gazie ziemnym. Na skalę techniczną jest otrzymywany z produktów obróbki termicznej ropy naftowej i węgla kamiennego. Właściwości fizyczne: gaz, bezbarwny, bezwonny, cięższy od powietrza, bardzo trudno rozpuszczalny w wodzie. Wzór chemiczny: C2H6 Właściwości chemiczne: Spala się w tlenie - reakcja pełnego spalania ( produkty tlenek węgla (IV) i woda) Zmieszany z powietrzem spala się wybuchowo. - reakcja półspalania Podobnie jak metan wykazuje małą aktywność chemiczną.

PROPAN Występuje w niewielkich ilościach w gazie ziemnym oraz w większych ilościach w ropie naftowej. Właściwości fizyczne: gaz, bezbarwny, bezwonny, cięższy od powietrza, nierozpuszczalny w wodzie. Wzór chemiczny: C3H8 Właściwości chemiczne: Spala się w tlenie - reakcja pełnego spalania ( produkty tlenek węgla (IV) i woda) - reakcja półspalania Jest związkiem mało aktywnym chemicznie.

Występuje w ropie naftowej. BUTAN Występuje w ropie naftowej. Właściwości fizyczne: gaz, bezbarwny, bezwonny, cięższy od powietrza, nierozpuszczalny w wodzie. Wzór chemiczny: C4H10 Wzór półstrukturalny Właściwości chemiczne: Spala się w tlenie - reakcja pełnego spalania ( produkty tlenek węgla (IV) i woda) rekcja półspalania Jest związkiem mało aktywnym chemicznie.

Metan, etan, propan to gazy, nie rozpuszczalne w wodzie i z wyjątkiem metanu cięższe od powietrza. Nie wykazują aktywności chemicznej. Spalają się w tlenie a produktami pełnego spalania jest tlenek węgla (IV) CO2 i woda H2O. Skład pierwiastkowy: węgiel C; wodór H Atomy węgla w ich cząsteczce połączone są ze sobą za pomocą pojedynczych wiązań tworząc tak zwane szkielety węglowe. Związki węgla i wodoru, w których atomy węgla połączone są pojedynczymi wiązaniami nazywamy węglowodorami nasyconymi - alkanami

Sucha destylacja – inaczej pirogenizacja lub piroliza – jest to rozkład termiczny substancji. Piroliza węgla kamiennego (pirogenizacja, odgazowanie węgla kamiennego, sucha destylacja węgla)- jest to proces, który polega na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza w temperaturze ok. 1000. Podczas tego procesu , kiedy węgiel kamienny ulega wielu przemianom chemicznym, powstają: produkty gazowe produkty ciekle produkty stale Produkty gazowe Produktem gazowym pirogenizacji węgla kamiennego jest tzw. gaz koksowniczy. Składa on się głównie z tlenku węgla (II), wodoru i metanu. W niewielkich ilościach zawiera gaz koksowniczy również węglowodory ciężkie, tlenek węgla (IV) i azot. Wykorzystywany jest jako środek opałowy. Produkty ciekle W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego powstają dwa produkty ciekłe: -smoła pogazowa, -woda pogazowa. Koks to stały, porowaty, czarny produkt rozkładu termicznego węgla kamiennego, zawierający około 90%, czystego pierwiastka węgla. Stosuje się go głównie w hutnictwie oraz jako opał do ogrzewania mieszkań..

Bibliografia „Chemia i my” – podręcznik gim. http://www.chemia-gimnazjum.info .wikipedia.org