Süsinik (2)

Leidumine looduses
Süsinikku leidub looduses nii lihtaine kui ka paljude ühendite koostises. Ta kuulub kõikide orgaaniliste ühendite seega ka taim- ja loomorgnanismide koostisesse. Süsinik on kivisöes ja naftas esinevate ühendite peamine koostisosa. Lubjakivi , marmori ja kriidi põhiosaks on kaltsiumkarbonaat . Õhus ja looduslikes vetes esineb süsinik süsinikdioksiidina. Lihtaine leidub süsinikku teemandi ja grafiidina.
Allotroopsed teisendid
Teemant
Läbipaistev, värvuseta kristalliline aine. Ta on kõige kõvem looduslik mineraal. Teemandi kristallivõres on süsiniku aatomid üksteisest võrdsel kaugusel ja iga aatom on seotud nelja kovalentse sidemega.
Niisugune struktuur põhjustabki teemanti erandliku kõvaduse. Teemanti kasutatakse klaaside lõikamiseks, kivimite puurimiseks, tema pulbriga lihvitakse metalle , vääriskive ning teemandit ennast. Lihvitud, korrapärase kujuga teemante nimetatakse briljantideks. Teemante on looduses harva. Neid leidub Lõuna-Aafrikas, Indias ning Jakuutias. Teemante toodetakse ka sünteetiliselt grafiidist ülikõrglel rõhul ja temperatuuril.
Grafiit
Tumehall kristalliline läikiv aine. Ta juhib elektrit ja on rasksulav(3500o)Vastandina teemandile on grafiit väga pehme, puudutamisel tundub ta rasvane ja jätab paberile tumeda jälje. Tänu sellele omadusele valmistatakse grafiidist pliiatseid. Teemandi ja grafiidi kõvaduse suur erinevus seletub nende erineva kristallstruktuuriga. Grafiidi kristallis paiknevad kõik süsiniku aatomid korrapärase tasapinnalise kuusnurga tippudes. Kuusnurgad paiknevad kihtides, seejuures kihtidevaheline kaugus on suurem kui kuusnurgas süsiniku aatomite vahel.
Süsi
Süsi ei ole süsiniku kolmas allotroopne teisend. Selle osakesed on ülesse ehitatud grafiidikristallidest. Süsi on rasksulav. Sulanud süsi muutub jahtumisel grafiidiks. Orgaaniliste ainete söestamisel saadus süsi on poorse struktuuriga, sellest ülekuumenenud veeauru läbijuhtimisel saadakse suure adsorptsioonivõimega aktiivsüsi. Aktiivsütt rakendatakse meditsiinis toidumürgituste ja seedehäirete ravil, gaasimaskikurnades mürgiste gaaside neelamiseks, suhkru ja piiritusevabrikus lisandite kõrvaldamiseks siirupist ning toorpiiritusest. Tahmast valmistatakse trükivärve ja tinti. Tahma lisamisel kummile suureneb ka elastsus ja kulumiskindlus . Tahma kasutatakse veel kosmeetikavahendite, kopeerpaberi, vooluallikate, lõhkeainete ja muu valmistamisel.
Fullereenid
Nende struktuuri võib võrrelda lappidest kokkuõmmeldud jalgpalliga , kui lappideks oleksid viis- või kuusnurksed tükid ja nende tippudes asuksid süsiniku aatomid. Fullereenide nimetus anti arhitekt R. B. Fulleri järgi, kes koostas analoogilise konstruktsiooniga kandekoorikud. Senini tuvastatud kõige lihtsamas fullereenis C20 on 20 süsiniku aatomit, kõige enam on uuritud fullereeni C60. Neid saadakse grafiidi aurustamisel või kiiritamisel laseriga. Fullereene esineb ka tahma koostises, mis tekib benseeni põlemisel. Fullereenid läbivad kergesti rakumembraane ja võivad tungida elusorganismidesse. Fullereenide struktuuri võivad olla haaratud ka metalli aatomid, mida saab seejuures kergesti viia inimorganismi.
Omadused
Teemandi, grafiidi ja söe erinev struktuur põhjustab nende erinevaid füüsikalisi ja keemilise omadusi. Toatemperatuuril süsinik teiste ainetega ei reageeri. Kõrgemal temperatuuril tema aktiivsus suureneb nind süsinik reageerib mittemetallide ja metallidega: 1) hapnikuga moodustab süsinik kaks oksiidi- süsinikoksid(CO) ja süsinikdioksiid(CO2), olenevalt hapniku ja süsiniku vahekorrast. Hapniku vajakul tekib CO:
2C+O2-> 2 CO Δ H=220 kJ
Hapniku külluses. CO2
C+O2→CO2 ΔH=-394 kJ
2) Kõrgemal temeperatuuril reageerib süsinik väävliga süsinikdisulfiidiks.:
C+2S→CS2
3) Vesinikuga moodustab süsinik mitmesuguseid süsinikühendeid, näiteks metaani (CH4):
C+2H2→CH4
4)Metallidega moodustab süsinik karbiide, näiteks raudkarbiid:
3Fe+C→Fe3C
Süsinikdioksiid-CO
Süsinikdioksiid tekib orgaaniliste ainete ja kütuse mittetäielikult põlemisel. Rahvapäraselt tuntakse teda vingugaasi nime all. Süsinikoksiid on värvuseta ja lõhnata väga mürgine gaas . Tingituna lisanditest, mis tekivad kütuse mittetäielikul põlemisel., on vingugaasil iseloomulik lõhn.
CO ei reageeri vee ega hapetega(alustega reageerib rõhu all), ta on neutraalne oksiid. Tugeva redutseerijana rakendatakse süsinikoksiidi metallide tootmisel maakidest :
Fe3O4+4CO→3Fe+4CO2
Kõrgtemperatuuril, -rõhul ja katalüsaatorite manusel reageerib CO vesinikuga, moodustades mitmesuguseid orgaanilisi ühendeid(alkohole, aldehüüde ja muid). CO põlemisreaktsioon on eksotermiline:
2CO+O2→2CO2 ΔH=-570 kJ
Tööstuses kasutatakse mitmesuguseid küttegaase, mis sisaldavad süsinikoksiidi, näiteks generaatorgaas ja veegaasi. Generaatorgaasi saadakse õhu juhtimisel läbi hõõguva söekihi. Esialgu tekib CO2, mis reageerib hõõguva sütega, moodustades CO:
C+O2→2CO2 CO2+C→2CO
Generaatorgaas sisaldab: CO, N2, CO2. Veegaas moodustub veeauru juhtimisel läbi hõõguva söekihi:
C+H2O→CO+H2
Süsinikdioksiid-CO2
Õhus leidub ligikaudu 0,03% CO2. Ta moodustub hingamisel, põlemisel, käärimisel, mädanemis- ja kõdunemisprotsessidel. Laboratoorselt saadakse teda kaltsiumkarbonaadist hapete toimel:
CaCO3+2HCL→CaCl2+H2CO3 H2CO3→H2O+CO2
CO2 on värvuseta ja lõhnata gaas . Ta ei põle ega toeta põlemist. Seepärast kasutatakse teda tulekustutamisel. Tulekustutid on täidetud kas vedela CO2-ga või naatriumvesinikkarbonaadi lahuse ja väävelhappe ampulliga. Kustuti töölerakendamisel satub väävelhape kontakti naatriumvesinikkarbonaadiga:
2NaHCO3+H2SO4+2H20+2CO2↑
Tugeval jahutamisel tardub CO2 tahkeks , jääga sarnaseks massiks-„ kuivaks jääks“, mida rakendatakse toiduainete(näiteks jäätise) säilitamisel.
CO2 lahustub vees, osaliselt veega reageerides, seejuures moodustub kasealuseline hape süsihape, mis nõrga dissotsieerub peamiselt esimese järgust
CO2+H2O→H2CO3→H++ HCO3 -
CO2 on happeline oksiid ning reageerib metallioksiididega ja hüdroksiididega moodustades süsihappesoolasid-karbonaate(CaCO3, Na2CO3) ja vesinikkarbonaate[Ca(HCO3)2, NaHCO3]. Kõik karbonaadid reageerivad hapetega, kusjuures eraldub CO2. Seda reaktsiooni kasutatakse karbonaatide määramiseks. Kuumutamisel karbonaadid(välja arvatud leelismetallide karbonaadid) lagunevad:
CaCO3→CaO+CO2
Karbiidid
Need on metallide( ja mõningatre mittemetallide, näiteks räni) ühendid süsinikuga:

soolataolised karbiidid, milles aatomite vahel on iooniline side(caC2, Al4C3). Veega reageerimisel eraldub süsivesinik.
CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2(etüün)
Al4C3+12H2O→4Al(OH3)3+3CH4 (metaan)

Kovalentsed sidemetega karbiidid(SiC, B4C) on suure kõvadusega, rasksulavad ja keemiliselt inertsed ,

Intermetallilised karbiidid, kus süsiniku aatomid on metallide kristallstruktuuri tühimikes. Need on suure kõvades ja kõrge sulamisetemperatuuriga ained(HfC, W2C)
Söe adsorptsioon
Puidu söestamisel ja saadud puidusöest veeauru läbijuhtimisel tekkinud aktiivsöe omadust neelata gaase ja vedelike seletatakse tema poorse ehituse ning suure pinnaga. Aine peenestamisel tema pind suureneb. Mida väiksemad on aineosakesed, seda suurem on on nende kogupind. Peenepulbriliste aktiivsöe puhul, millest on pressitud meditsiinis kasutatavad söetabletid, võib ühe grammi aktiivsöe pind ulatada mitmesaja ruutmeetrini.
Süsinikringe
Süsinikku on looduses lihtaine(peamiselt grafiit, tühisel määral teemante), ohtralt kaevandavate sütena (kivisüsi, antratsiit), õhus CO2-na, maapõues kaltsiumkarbonaadina(lubjakivi, kriit, marmor) ning orgaaniliste ühendite taim- ja loomorganismides .
Süsinik ja tema ühendid on looduses pidevas ringes. Fotosünteesil seovad taimed õhust CO2 ja muudavad selle orgaanilisteks ühenditeks, millest ehitavad üles oma organismi. Fotosünteesil vabanev hapnik rikastab õhku. Taimse päritoluga aine on looduses miljonite aastate vältel muundunud aeglaselt turbaks ja lõpuks kivisöeks. Seejuures süsinikusisaldus kütuses kogu aeg suureneb. Taimede muundumist iseloomustab skeem:
taimed→turvas→pruunsüsi→kivisüsi→antratsiit
Elusorganismide hingamisel, surnud organismide kõdunemisel või kütuse põlemisel tekib CO2.
CO2 moodustub vees lahustudes süsihappe ja selle soolasid, õhust seovad teda aga taimed. Kõikide nende protsesside tulemusena hoitakse õhus sisaldust enam-vähem püsivana.
Kütused
Sõltuvalt agregaatolekust jaotatakse kütused tahke-, vedel- ja gaaskütusteks, päritolu aga:
1)looduslikeks kütusteks(kivisüsi, nafta , maagaas)
2)tehiskütusteks(koks, brikett , petrooleum, veegaas, generaatorgaas)
Kasutatud kirjandus:
*Hergi Kar „Üldine keemia“ 1994
http://www.fyysika.ee/pildid/280209.jpg
http://et.wikipedia.org/wiki/S%C3%BCsinik