Формула угля, о чем говорит химия

Уголь - удивительное вещество с многовековой историей формирования. И в наши дни это ценнейший природный ресурс. Но что представляет собой химическая формула угля и о чем она может рассказать?

Происхождение угля и его виды

Уголь образуется в природе из останков древесины и других растений. За миллионы лет под воздействием высоких давления и температур происходит углефикация - превращение биомассы в уголь.

Различают несколько основных видов угля:

• Бурый уголь - самый "молодой", до 35% влаги
• Каменный уголь - промежуточная форма с высоким содержанием углерода
• Антрацит - наиболее "зрелый" вид, высокая теплотворность
• Древесный уголь - получают искусственно для бытовых и промышленных целей
• Активированный уголь - высокопористый, используется для адсорбции

Эти разновидности отличаются как условиями образования, так и химическим составом.

Химический состав угля

Основным элементом в составе всех видов угля является углерод. Его доля варьирует от 60% в буром угле до 96% в антраците.

Кроме того, в состав угля входят:

• Водород
• Кислород
• Азот
• Сера

А также неорганические соединения и минеральные включения, обычно называемые зольностью . Их процентное содержание тем выше, чем "моложе" уголь.

Строение и свойства атома углерода

Углерод в химии обозначается символом C, атомный номер равен 6. Электронная формула атома углерода:

1s2 2s2 2p2

Она показывает, что внешний энергетический уровень содержит четыре электрона. Это определяет химические свойства углерода.

Способность углерода образовывать полимерные цепочки порождает огромный класс органических соединений.

В зависимости от условий атомы углерода могут связываться в разные аллотропные модификации : алмаз, графит, фуллерены.

Химическая формула угля

Говорить об одной конкретной химической формуле угля некорректно. Уголь - это сложная смесь веществ переменного состава.

Формула самого углерода как химического элемента - C. Она показывает, что его атомная масса равна 12 а.е.м. Структурные формулы разных аллотропных модификаций углерода отражают варианты связывания атомов.

А вот у конкретных видов угля есть типичный элементный состав с преобладанием углерода и наличием других элементов в качестве примесей.

Применение соединений углерода

Углерод и его соединения находят широкое применение в различных областях.

В промышленности используются:

• Алмазы и алмазное напыление
• Графит в качестве электродного материала
• Активированный уголь для очистки воды и воздуха

В органической химии углерод является основой множества соединений:

1. Углеводороды
2. Белки
3. Жиры
4. Углеводы

Какая роль углерода в природе

Углерод - элемент, без которого невозможна жизнь на Земле. Он входит в состав всех органических веществ, из которых построены живые организмы.

Источником углерода для растений является углекислый газ. В процессе фотосинтеза он включается в биологические циклы и пищевые цепи.

Какая химическая формула угля в атмосфере

В составе выбросов в атмосферу углерод поступает в виде:

• Диоксида углерода CO₂
• Угарного газа CO
• Сажи и углеродных аэрозолей

Это приводит к повышению концентрации углерода в воздухе, что негативно влияет на здоровье.

Нормы содержания углерода

В воздухе рабочей зоны предельно допустимая концентрация углеродной пыли составляет 4 мг/м3.

В атмосфере установлены следующие нормы:

• Максимальная разовая ПДК - 0,15 мг/м3
• Среднесуточная ПДК - 0,05 мг/м3

Какая формула угля химии будущего

Дальнейшие исследования помогут еще глубже изучить природу углерода и особенности его соединений в разных видах угля и органических веществах.

Возможно, в будущем удастся синтезировать принципиально новые формулы угля с уникальными характеристиками и областями использования.

Радиоактивный изотоп углерода-14

Одним из важнейших соединений углерода является его радиоактивный изотоп - углерод-14. Он образуется в верхних слоях атмосферы и входит в состав углекислого газа.

Благодаря этому 14С поступает в биосферу и включается в цикл обмена веществ живых организмов. После гибели организма обмен прекращается, и концентрация изотопа постепенно уменьшается.

Это свойство используется в радиоуглеродном анализе для определения возраста археологических находок.

Углеродный след и его расчет

Под углеродным следом понимают суммарное количество выбросов CO2, связанных с производством и потреблением различных товаров и услуг.

Для его расчета анализируют весь жизненный цикл продукции - от добычи сырья до утилизации отходов. Это позволяет оценить ущерб окружающей среде.

Технологии секвестирования CO2

Чтобы снизить концентрацию углекислого газа в атмосфере, разрабатываются технологии его извлечения и безопасного хранения - так называемого секвестирования СО2.

Перспективным направлением является конверсия СО2 в органические вещества с помощью фотосинтетических микроорганизмов.

Наноструктуры и новые аллотропы углерода

Открытие фуллеренов показало возможность существования других, пока не известных аллотропных форм углерода. Исследователи изучают структуру нанотрубок, графена и других наноматериалов.

Они обладают уникальным комплексом полезных свойств и могут применяться в микроэлектронике, медицине, промышленности.

Перспективы использования углерода

Углерод уже сейчас является одним из самых распространенных и востребованных химических элементов. А открытие новых аллотропных форм и соединений откроет дополнительные возможности применения в разных сферах деятельности человека.