Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: Gimnazjum Samorządowe numer 2 z Oddziałami Integracyjnymi imienia Polskich Noblistów w Iławie ID grupy: 96/102 Opiekun: Małgorzata Stępkowska Kompetencja: Matematyczno-przyrodnicza Temat projektowy: „Ten co mieszka w 14 grupie i w 2 okresie ” Semestr/rok szkolny: 2011/2012 czwarty semestr

Cele tematu: Chęć poszerzenia wiedzy na temat budowy atomu węgla, występowania w przyrodzie, surowców energetycznych oraz kluczowej roli węgla dla istnienia życia; Kształcenia umiejętności wyszukiwania informacji dotyczących węgla i jego związków, dokonywania oceny stanu środowiska, sposobów jego ochrony, rozwiązywania zadań z zastosowaniem węgla;

6c 12 Pierwiastkiem, który mieszka w 14 grupie jest węgiel. Symbol C Liczba atomowa 6 Masa atomowa 12 Wartościowość (II) lub (IV) Konfiguracja elektronowa K L Powłoki elektronowe 2 Rodzaj niemetal Liczba elektronów walencyjnych 4 Ilość izotopów 3 2 4 Źródło: wikipedia.org

Występowanie węgla w przyrodzie: W czystej postaci: 1.Diament 2.Grafit 3.Fullereny Źródło: wikipedia.org

W postaci związków chemicznych 1.Nieorganiczne: CO – tlenek węgla (II) CO2 -- tlenek węgla (IV) H2CO3 -- kwas węglowy Sole np.: CaCO3 2.Organiczne: -węglowodory np.: CH4 alkohole np.: CH3OH kwasy np.: HCOOH

Źródło: wikipedia.org

Odmiany alotropowe węgla

Odmiany alotropowe węgla: diament, b) grafit, c) Lonsdaleit d) fuleren C60 e) fuleren C540 f) fuleren C70 g) węgiel amorficzny, h) Nanorurka . Źródło: wikipedia.org

Diament Minerał ten pochodzi z gromady pierwiastków rodzimych. Nazwa pochodzi od stgr. ἀδάμας adamas ( łac. diamentum) - "niepokonany, niezniszczalny" i nawiązuje do wyjątkowej twardości tego minerału. Jest najtwardszą znaną substancją z występujących w przyrodzie. Po raz pierwszy diament spalił pod szklanym kloszem używając promieni słonecznych skupionych soczewką Antoine Lavoisier. Udowodnił w ten sposób, że diament to czysty węgiel. Źródło: wikipedia.org

Właściwości : Dobra przewodność cieplna: 2000W/(m*K) wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego Jest izolatorem, z wyjątkiem diamentu niebieskiego, który jest półprzewodnikiem Jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad Może zawierać wrostki innych minerałów Tworzy zazwyczaj niewielkie kryształy przyjmujące postać ośmiościanu, rzadziej sześcianu. Duża część kryształów ma zaokrąglone kształty oraz wykazuje zbliźniaczenia. W przyrodzie stanowi jedną z pięciu, obok grafitu, fulerenów, nanopianki i nanorurek, odmian alotropowych węgla. Jest kruchy (rozpryskuje się pod wpływem uderzenia), przezroczysty; zwykle zawiera śladowe ilości azotu, glinu, boru, manganu, krzemu, magnezu, chromu. Źródło: wikipedia.org

Zastosowanie: Diament jest stosowany przy produkcji materiałów ściernych (diamenty syntetyczne) i narzędzi tnących i skrawających (m.in. noży do cięcia szkła) do wyrobu past termoprzewodzących (diamenty syntetyczne) jako elementy w aparaturze naukowej i medycznej detektory cząstek elementarnych, dozymetry do wyrobu filier (wkładek kalibracyjnych – narzynek), do ciągadeł drutów i włókien sztucznych do wyrobu twardościomierzy i igieł fonograficznych w jubilerstwie do wyrobu biżuterii – odpowiednio oszlifowane diamenty noszą nazwę brylantów ; cechy kamieni jubilerskich ma zaledwie 10–20% wszystkich wydobywanych diamentów źródło: wikipedia.org

Występowanie diamentu

Rozróżnia się dwa rodzaje występowania diamentów: złoża pierwotne, znajdujące się w miejscu gdzie powstały złoża kimberlitowe – mają wielkie znaczenie przemysłowo-gospodarcze (np. płd. Afryka, niektóre złoża w Brazylii). złoża perydotytowe – rzadko spotykane, mają małe znaczenie gospodarcze (np. w Sajanach). złoża wtórne – okruchowe, przeniesione w inne okolice złoża eluwialne – tworzą się przy podchodzeniu ku powierzchni utworów diamentonośnych na skutek ich wietrzenia i odłączenia się części lekkich i i rozpuszczalnych (np. Indie, Brazylia). złoża deluwialne – są produktem obsunięcia się materiału diamentonośnego posegregowanego dzięki różnicy ciężarów właściwych składników (spotykane w Indiach i Brazylii). aluwialne złoża diamentonośne –występują w łożyskach i tarasach rzek współczesnych i dawnych (np. Borneo, płd. Afryka, Birma, Kongo, Brazylia). złoża okruchowe pochodzenia morskiego – spotykane na brzegach mórz i tarasach morskich w postaci wąskich pasów równoległych do wybrzeża (np. Afryka płd-zach). złoża lodowcowe – znane ze zlepieńców lodowcowych Brazylii i dorzecza Oranje. złoża pochodzenia eolicznego – znane jedynie z pustyni Namib złoża mieszane – złoża Konga i Gujany Brytyjskiej (złoża odkryte w 1887 nad rzekami. Diamenty dorównują brazylijskim. Na 1 m³ przypada ok. 2 karaty diamentów). Złoża wtórne były znane wcześniej i mają większe znaczenie pod względem wydobytych i wydobywanych dotąd diamentów źródło: wikipedia.org

Ciekawostka : źródło: wikipedia.org Do najsłynniejszych diamentów na świecie należą: Cullinan – 3106 karatów, jest to największy znany diament, podzielony na 105 części i oszlifowany; Excelsior – 995,2 karata, podzielony na 11 części i oszlifowany, znaleziony w 1905 niedaleko Pretorii; Prezydent – 726,6 karata, brazylijski, podzielony na 29 części i oszlifowany; Jonker – 726 karatów, podzielony na 15 części i oszlifowany; Jubilee – 650,8 karata, po oszlifowaniu 245 karatów; Imperial (Victoria, Great White, Nizam) – 457 karatów, oszlifowany; Darcy Vargas – 425 karatów, brazylijski; Regent – 410 karatów, po oszlifowaniu 140,5 karata, obecnie w Luwrze; Szach – 3x1 cm, obecnie w skarbcu na Kremlu; Orłow – ok. 400 karatów, po oszlifowaniu 189,6 karata; Gwiazda Jakucji – 234 karaty, syberyjski; Millennium Star – 203 karaty, Koh-i-noor – 181,1 karata, indyjski,po oszlifowaniu 108,93 karata i zdobi brytyjskie klejnoty koronne; Hope – 67,125 karata, po oszlifowaniu 44,4 karata, największy barwny diament – szafirowoniebieski. źródło: wikipedia.org

Grafit Grafit – pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Stosowany jako naturalny suchy smar. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału. źródło: wikipedia.org

Właściwości : Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło Odporny na wysoką temperaturę W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy grafitu. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzący. Właściwości optyczne: Barwa : czarna, ciemnoszara Rysa : ciemnoszara, czarna, błyszcząca Połysk : półmetaliczny źródło: wikipedia.org

Występowanie : Grafit powstaje w wyniku zmetamorfizowania skał, jako produkt końcowy przemiany substancji organicznych bogatych w węgiel. Pojawia się także w pegmatytach i żyłach hydrotermalnych. Niekiedy bywa znajdowany wśród granitów, porfirów, gabr, granulitów. Współwystępuje z pirytem, markasytem, kalcytem. W Polsce tworzy znaczne nagromadzenia w postaci łupków grafitowych w okolicach Stronia Śląskiego oraz wkładki skał grafitowych napotykane koło Strzelina, Dzierżoniowa, Wałbrzycha i Bystrzycy Kłodzkiej. Występuje w wielu różnych skałach metamorficznych (m.in. w łupkach krystalicznych Tatr Zachodnich). Miejsca występowania: Sri Lanka – największe złoża grafitu, Madagaskar, Rosja – Syberia, USA – Ogdensburg, Edison, Alabama (najpiękniejsze kryształy grafitu pochodzą z Sterling Hill w New Jersey), Kanada – Quebec, Meksyk – Sonora, Niemcy – Bawaria. źródło : wikipedia.org

Zastosowane : źródło : wikipedia.org ma znaczenie naukowe – służy do określania genezy skał metamorficznych. do wyrobu suchych smarów do wyrobu cegieł ogniotrwałych grafit do ołówków czarne farby chroniące ołów przed korozją naczynia ognioodporne elektrody jako zbrojenie materiałów kompozytowych trzonki kijów golfowych typu driver tygle ogniotrwałe część ślizgowa pantografów środki polerskie w reaktorach jądrowych pręty grafitu spełniają rolę moderatora. źródło : wikipedia.org źródło: wikipedia.org

Fulereny

Fulereny (fullereny) (ang Fulereny (fullereny) (ang. fullerenes) – cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. Cząsteczki fulerenów zawierają od 28 do ok. 1500 atomów węgla.Właściwości chemiczne fulerenów są zbliżone pod wieloma względami do węglowodorów aromatycznych. Fuleren C60, zwany czasem fulerytem przez analogię do grafitu, jest odmianą alotropową węgla. Powierzchnia fulerenów składa się z układu sprzężonych pierścieni składających się z pięciu i sześciu atomów węgla. Najpopularniejszy fuleren, zawierający 60 atomów węgla (tzw. C60) ma kształt dwudziestościanu ściętego, czyli wygląda dokładnie tak jak piłka futbolowa. C70, natomiast, posiada dodatkowy pierścień atomów węgla. Szczególnymi izomerami strukturalnymi fulerenów są nanorurki, będące długimi walcami uzyskanymi ze zwinięcia, pojedynczej płaszczyzny grafitowej, domknięte z obu stron połówkami fulerenów odpowiedniej wielkości. Najkrótszą nanorurką, z formalnego punktu widzenia, jest C70, najdłuższe zaś (na rok 2008) mają ponad 2 centymetry długości. źródło: wikipedia.org

Właściwości : Fulereny są czarnymi ciałami stałymi o metalicznym połysku. Posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodnikowe. Ich własności chemiczne są zbliżone do sprzężonych węglowodorów aromatycznych, choć reakcje z ich udziałem wymagają zwykle drastyczniejszych warunków. Ulegają, między innymi, reakcji addycji Friedla - Craftsa. Ich unikalną własnością jest możliwość zamykania w ich wnętrzu innych cząsteczek. Gęstość wynosi 1,65 g/cm³ . Fulereny należą do związków słabo rozpuszczalnych. Nie rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach praktycznie wcale. Najlepiej (choć też nie za dobrze) rozpuszczają się w rozpuszczalnikach aromatycznych, takich jak benzen czy toluen oraz w CCl4. Tworzą się wtedy kolorowe roztwory. Roztwór C60 w benzenie ma barwę fioletową, zaś C70 – rubinową. Na początku wydawało się, że są one tylko kolejną "ciekawostką przyrodniczą", w toku badań okazało się jednak, że mogą znaleźć wiele praktycznych zastosowań. Można je przyłączać do polimerów , uzyskując w ten sposób środki smarujące i tworzywa o unikalnych własnościach elektrooptycznych. Można je funkcjonalizować na powierzchni i łączyć razem, otrzymując układy katalityczne o bardzo rozwiniętej powierzchni. Można zamykać wewnątrz fulerenów atomy pierwiastków. Dotychczas udało się zamknąć praktycznie wszystkie pierwiastki z układu okresowego . Można także umieszczać wewnątrz nich odpowiednio małe cząsteczki innych związków chemicznych. źródło: wikipedia.org

Występowanie i otrzymywanie : Fulereny występują w niewielkich ilościach w sadzy węglowej oraz w przestrzeni kosmicznej w otoczeniu wygasłych gwiazd, odkryto także obecność pewnej ilości fulerenów w niektórych skałach. Przykładem jest szungit w Rosji. Fulereny otrzymuje się poprzez bombardowanie promieniem laserowym obracającej się tarczy grafitowej w supersonicznym strumieniu helu. Obecnie najbardziej popularną i wydajną metodą otrzymywania fulerenów jest metoda płomieniowa. Polega ona na spalaniu substancji organicznych (najczęściej jest to toluen). Dzięki tej metodzie produkcja fulerenów na świecie wynosi obecnie kilkanaście ton. W wyniku tego procesu otrzymywana jest tzw. sadza fulerennowa, będącą mieszanką wielu fulerenów. W celu oczyszczenia i rozdzielenia stosuje się wieloetapową ekstrakcję, najczęściej przy użyciu jako rozpuszczalnika benzenu lub toluenu. Występowanie i otrzymywanie : źródło: wikipedia.org

Zastosowanie węgla

Węgiel wykorzystywany jest do produkcji jedwabiu wiskozowego Węgiel wykorzystywany jest do produkcji jedwabiu wiskozowego. Występuje również jako rozpuszczalnik tłuszczów, olejów, smarów, żywic, kamfory, kauczuku, jodu, bromu, fosforu i siarki. Biochemiczne działanie na ustrój Jest to bardzo silna trucizna, uszkadza w szczególności tkankę nerwową. Wchłaniana jest głównie przez drogi oddechowe, a także przez skórę. Dwusiarczek węgla jest w 10% wydalany przez płuca, częściowo przez nerki. Do zatrucia dochodzi najczęściej przez wchłanianie par. W mieszaninie z wodorem stosowany do wielu syntez organicznych. 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. Źródło: wikipedia.org źródło: wikipedia.org

Węgiel jest głównym składnikiem wszystkich plastikowych materiałów używanych powszechnie w gospodarstwach domowych. Źródło: wikipedia.org

Węgiel występuje w przyrodzie zarówno w stanie wolnym jak i w postaci najrozmaitszych związków nieorganicznych i organicznych. Do nieorganicznych związków węgla należą przede wszystkim: dwutlenek węgla, węglany i węgliki. Węglan wapniowy (CaCO3) - jest składnikiem wapieni, kredy, marmurów - tworzy masywy górskie. W stanie wolnym węgiel występuje w przyrodzie w postaci minerałów - diamentu i grafitu . Są to różne odmiany alotropowe tego pierwiastka. Odmiany alotropowe, są to różne postacie występowania substancji o tym samym składzie chemicznym, ale w odmiennych strukturach wewnętrznych. http://www.sciaga.pl/tekst/59131-60-zastosowanie_wegla

Węgiel oraz jego związki, odgrywa istotną rolę w przyrodzie Węgiel oraz jego związki, odgrywa istotną rolę w przyrodzie. Węgiel jest nieodzownym składnikiem przyrody ożywionej. To pierwiastek czwartej grupy głównej (IVA) układu okresowego, które na ostatniej powłoce walencyjnej ma po cztery elektrony. Taka konfiguracja elektronowa ma tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych z atomami wodoru, tlenowców i fluorowców. Trwałą konfigurację elektronową węgiel uzyskuje tworząc cztery wiązania kowalencyjne z udziałem elektronów innych atomów. http://www.sciaga.pl/tekst/59131-60-zastosowanie_wegla