Ugalj

Ugljenik (lat. Carboneum) je kemijski element u Periodnom sistemu elemenata, njegova oznaka je C, ima 4 veze i njegov protonski broj je 6. Ugljenik čini osnovni graditeljski kamen svih organskih spojina i samim time i svih živih bića. Spojine ugljenika su jedan od temelja svjetske ekonomije, fosilna goriva kao što su prirodni plin i ugljenik služe kao izvor energije za proizvodnju električne energije i grijanje, proizvodi prerade nafte (benzin, dizel, teški ulja) su neophodni za pogon unutarnjih sagoriva motora. Proizvodi kemijske industrije na bazi ugljenika su dio svakodnevnog života, bilo da je riječ o plastičnim masama, umjetnim vlaknima, premaznim materijalima ili lijekovima.

Oblici ugljenika
Elementarni ugljenik
Ugljenik je tipični nekovinski element koji se kao mineral u elementarnom stanju pojavljuje u prirodi u dvije osnovne modificacije, a u posljednjih otprilike 20 godina laboratorijem je stvorena treća modificacija:

Grafit je sastavljen od ugljenika koji kristalizira u šesterokutnim pločicama i pripada među najmekše poznate minerale. Ova svojstvo se koristi npr. pri proizvodnji olovaka, u kojima se prah grafa i vapna koristi kao osnovni sastojak štapića namijenjenih za pisanje ili crtanje.
Dijamant je sastavljen od ugljenika koji kristalizira u kockastom sustavu, vrlo je dragocjen mineral i pripada među najtvrdijim materijalima. Težina dijamanta izražava se u karatima, najveći do sada pronađeni dijamant bio je Cullinan, koji u surovom stanju pri pronalasku u JAR težio je 3 106 karata (621,2 g).[1]
Fullereni su novootkriveni sferični molekule sastavljene od pet ili češće šest članovnih krugova atoma ugljenika. U prostoru su te molekule raspoređene u sferični oblik i iznimno su otporne na vanjske fizičke utjecaje. Do sada najstabilniji poznati fullerenska molekula sadrži 60 ugljeničnih atoma. Fullereni se umjetno pripremaju pirolizom organskih spojina laserski. Za otkrivanje i proučavanje svojstava fullerenova dodijeljena je 1996. godine Nobelova nagrada za kemiju Robertu F. Curlu, Richardu E. Smalleyu i Haroldu W. Krotou. Danas je istraživanje svojstava i metoda pripreme fullerenova vrlo intenzivno istraživano u mnogim vrhunskim znanstvenim institucijama širom svijeta.
Grafén je sličan grafitu s razlikom što je najtanji i najtvrdi materijal na svijetu. Otkrili su ga Andre Geim i njegov kolega Konstantin Novoselov 2004. godine. Elektroni graféna kao da krše fiziku. Kretaju se gotovo brzinom svjetlosti bez da u sebe sudaraju. To se može iskoristiti u tranzistorima, memorijama ili mikroprocesorima.

Pojav i upotreba

Grafit

 

Grafit

Dodatne informacije u glavnom članku: Grafit

Grafit je mineral koji se nalazi na mnogim mjestima na Zemlji. Jedne od najvećih grafitovih rudnika nalaze se u SAD (Texas i država New York), Meksiku, Indiji i Rusiji. Grafit je npr. i sastojak pepela koji nastaje sagorivanjem fosilnih goriva. Međutim, nalazi se u dijelovima toliko malih da pepel ima više svojstva amorfnog ugljenika.

Grafit se industrijski koristi najviše za proizvodnju olovaka. Prvo se s vapnom vrlo fina mješavina mije i zatim se presuje u odgovarajući oblik. U čistom obliku, bez vapna, presuje se u ugljenik za slikare i grafikone.

Druge važne primjene grafita su u metalurškoj industriji. Zbog svoje vrlo dobre toplinske otpornosti izrađuju se iz njega posude, tzv. kokile, u koje se lije tekući metali i njihove legure. Na taj način se spriječava kontaminacija tekućih metala metala iz kojeg bi se kokila morala izraditi. Iz grafita se izrađuju i elektrode za elektrolitičku proizvodnju aluminija iz tave boksita i kriolita ili pri proizvodnji kremnica iz tave kremičnog oksida.

Stakleni grafit[

Umjetno proizvedena forma grafit je tzv. stakleni ugljenik (engl. glassy carbon), koji se ističe visokom gustoćom, niskom poroznošću i vrlo dobrim hemijskom i mehaničkom otpornošću. U praksi se proizvodi točno upravljanim dugotrajnim visokotemperaturnim (pirolitičkim) razgradnjom organskih tvari na površini običnog grafit.

Zahvaljujući izuzetnim fizičkim i hemijskim svojstvima staklenog grafit, njegova praktična upotreba, iako je njegova cijena visoka, se i dalje širi.

• Za elektrohemiju važno je da su površine elektroda od staklenog grafit hemijski vrlo otporne i na njima se može postići visoki pozitivni potencijal bez da dolazi do njihovog rastvaranja kao kod običnih metaličkih elektroda. To se može iskoristiti i u analitičkoj kemiji pri istraživanju elektrohemijskih svojstava organskih molekula, kao i za preparativnu oksidaciju pri proizvodnji nekih spojina.

• Analitička metoda GFAAS (atomna apsorpciona spektrometrija bez plamena) koristi za isparavanje analizirane uzoraka kućište koje se u nekoliko sekundi zagrijava na temperaturu oko 3 000 °C. Pokrivanje unutrašnje površine ove kućišta staklenim grafitom dramatično povećava njegovu otpornost i u poređenju s klasičnim grafitnim kućištem produži njegovu upotrebljivost.

• U metalurgiji se za čišćenje metala, metodom zonalnog topljenja, koriste cijevi pokrivene staklenim grafitom, u kojima cijeli proces odvija.

• Laboratorijske pomoćne sredstva s površinom od staklenog grafit postižu istu ili čak bolju hemijsku otpornost nego pomoćna sredstva od platin, ili njegove legure s rodijem.

Smolja

 

smoljene ogrlice s fosilima

Specijalna forma ugljeničnog mineral predstavlja smolja - mineralizirani ostaci trećih živice starih oko 50 milijuna godina. Srednje hemijsko sastav smolje određen je kao C₁₀H₁₆O. Osnovna boja smolje je zlatnožuta, ali možemo pronaći i vrste potpuno transparentne, crvene, kafene i bijele.

Nalazi se u Europi kao fosilizirana živica borovica i u Srednjoj Americi i Meksiku, gdje je živica tropskog drveća kopala.

Važnost smolje je najviše u proizvodnji nakita i ornatnih predmeta. Najvažniji projekt u tom području bio je legenda Smoljana soba, prostor obložen izuzetno lijepim umjetno obrađenim blokovima smolje u Petrogradskom carskom palači. Tijekom 2. svjetskog rata nijemski okupacijski vojske razbile su Smoljenu sobu i odnijele na nepoznato mjesto. Do danas se bezuspješno traži ta kulturna baština.

Druge važnosti smolje su paleontološke. U tvarima smoljenih nalaza često su savršeno sačuvana tijela trećih insekata, pelina tadašnjih biljaka i druge artefakte.

Zanimljivo je da se do danas nije uspjelo umjetno proizvesti smolju, iako je dobro poznato njeno hemijsko sastav, kao i predviđeni proces nastanka.