Utilizarile carbonului sub forma de diamant,
grafit si carbune de pamant
Carbonul este un nemetal,situat in grupa a IV-a.Se noteaza pres-curtat C si se gaseste in trei stari alotropice:diamant,grafit si carbune de pamant.
Alotropia este proprietatea unor elemente chimice de a se prezenta in una sau mai multe forme cristaline (sau moleculare). Ea este determi-nata de formarea unor molecule cu numar diferit de atomi si modificari cristaline diferite.Formele alotropice difera prin proprietatile fizice si chimice.
Diamantul si grafitul
In cristalul de diamant format din atomi de carbon,atomii din retea se unesc prin legaturi covalente.Fiecare atom de carbon pune in comun cei 4 electroni cu alti 4 atomi vecini;pe cand in cristalul de carbon atomii din retea formeaza tot legaturi covalente,dar fiecare atom de carbon pu-ne in comun 3 electroni cu alti 3 atomi vecini.In grafit se gaseste un tip special de retea atomica numita retea stratificata,care este o retea ato-mica hexagonala formata din plane paralele de atomi de carbon.
Covalenta reprezinta numarul de electroni ai unui atom pusi in comun cu electronii altui atom.Legaturile covalente sunt orientate in spatiu,sunt rigide si mai puternice decat legaturile ionice.
Diamantul are o retea cubica,iar cristalele de grafit sunt alcatuite din straturi paralele de hexagoane de atomi de carbon, care formeaza o retea stratificata atomica.Atomii de carbon dintr-un plan ocupa colturile unor hexagoane regulate.
Proprietatile fizice ale diamantului si ale grafitului sunt determina-te de structura lor.Astfel,diamantul si grafitul sunt substante in starea de agregare solida.Diamantul este incolor, transparent si stralucitor,pe cand grafitul este cenusiu,opac, unsuros si,pe hartie lasa o dara cenusie.Diamantul este notat cu 10 pe scara Mohs,spre deosebire de grafit care este notat cu doar 1 pe aceeasi scara,putand fi zgariat cu unghia. Densitatea diamantului este de 3,5 g/cm3,iar cea a grafitului de doar 2.2 g/cm3. O alta diferenta intre aceste doua forme ale carbonului o regasim in domeniul conductibilitatii electricitatii si a caldurii: grafitul este bun conductor,pe cand diamantul este rau conductor. Diamantul, daca este incalzit la 1900oC,in absenta aerului se transforma in grafit,dar nici diamantul si nici grafitul nu pot fi topite.Daca tempreatura creste pana la 3500oC,se formeaza direct vapori de atom de carbon.Grafitul si diamantul nu reactioneaza chimic cu nici o substanta deoarece aman-doua au o reactivitate foarte mica.
Diamantul este una dintre cele mai dure substante cunoscute si din aceasta cauza este de neinlocuit pentru fabricarea sculelor de taiat, de gaurit sau de lustruit materiale foarte dure.El mai este folosit la pietre abrazive,instrumente optice si obiecte de podoaba.Masa diamantului,cat si a briliantelor(o forma mai valoroasa a diamantului) se masoara in ca-rate(1carat=0,205g).Pretul diamantelor depinde de masa, claritatea si stralucirea acestora.Primul diamant sintetic a fost obtinut in anul 1955, in Statele Unite ale Americii prin incalzirea grafitului la o presiune mai mare de 100.000 de atmosfere, procedeu folosit si astazi,obtinandu-se diamante de culoare neagra folosite mai ales in scopuri industriale avand intre 0,02 si 0,5g.
Grafitul este utilizat la electrozi pentru cuptoare electrice cu arc, cuve electrolitice,confectionarea minelor de creion si fabricarea fibrelor de carbon.
Carbunele de pamant - pirogenarea(distilarea uscata)
Prin distilarea uscata a carbunilor de pamant in spatii inchise si in absenta aerului se obtine patru produse principale:
gaz de generator sau de cocserie
gudron
ape amoniacale
reziduu solid: semicocsul si cocsul
Distilarea carbunilor la temperaturi inalte se efectueaza in uzinele cocsochimice sau in uzinele de gaz.In functie de temperatura la care se efectueaza procedeul termic de distilare a carbunilor se disting:
- semicocsificarea (cand lignitul este transformat in semicocs, gaze,grudoane etc)se face cu scopul fie de a innobila carbunii inferiori si de a obtine semicocsul,fie de a obtine o cantitate cat mai importanta de grudoane nedescompuse
- cocsificarea (cand huila este transformata in cocs,gaze etc) sau prelu-crarea la temperaturi inalte(1000-1100oC)cu scopul de a obtine cocs metalic
Compozitia gazului de generator depinde de felul carbunilor de pamant si de temperatura la care se face distilarea.Aceste gaze au pute-rea calorifica cuprinsa intre 4000 si 8500 kcal/m si sunt folosite pentru incalzire.Grudonul este un lichid uleios de culoare bruna care contine hidrocarburi aromatice.Este mai greu decat apa si are un miros specific, neplacut.Apele amoniacale contin dizolvate amoniac liber si saruri de amoniu si sunt intrebuintate fie la obtinerea amoniacului,fie la prepara-rea sarurilor de amoniu folosite ca ingrasaminte animale.
Cocsul obtinut in uzinele cocsochimice contine 95% carbon si are o putere calorifera de 6800-8000 kcal/kg.Este folosit drept combustibil si ca agent reducator.Daca se tine seama de faptul ca pentru fiecare tona de fonta obtinuta se consuma circa o tona de cocs,este lesne de inteles importanta carbunilor pe pamant ca materie prima de baza pentru dezvoltarea industriei sidelurgice.Uzinele cocsochimice care se constru-iesc pe langa marile combinate metalurgice,pentru a se obtine cocsul necesar fabricarii fonei,dar,in acelasi timp,subproduse de cocserie.In tara noastra exista uzine cocsochimice la Hunedoara si la Resita.In ulti-mii ani,la noi in tara s-a intensificat pe de o parte extractia carbunilor de pamant,iar pe de alta parte chimizarea lor.Carbunii de pamant constituie una bogatiile mari ale tarii noastre.
In concluzie,diamantul,grafitul si carbunii de pamant se utilizeaza cel mai frecvent in industrie.
