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. x3y11yi
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.
1. 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.
2. 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/m3 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.