węgiel

Istnieje wiele legend na temat węgla, często krzywdzących, a tak naprawdę węgiel jest podstawa życia na Ziemi, rusztowania wszystkich związków budujących organizmy żywe ma podstawę szkielet węglowy: białka zbudowane z aminokwasów, które mają łańcuch węglowy (alifatyczne) lub pierścień węglowy (aromatyczne) grupę karboksylową COOH- i aminową, lipidy budujące m. in. błony komórkowe zbudowane są z łańcucha węglowodorowego i grupy karboksylowej oraz rózne modyfikacje, DNA i RNA są zbudowane z zasad azotowych mających pierścień węglowodorowy i grupy funkcyjne reszt kwasu ortofosforowego i cukru rybozy i deoksyrybozy-oba pięciowęglowe, wszystkie substancje biologicznie czynne: witaminy, hormony, przeciwutleniacze, cukry zbudowane są ze szkieletu węglowodorowego i grup funkcyjnych. Obieg węgla w przyrodzie: Glukoza spożywana przez organizmy spalana jest w komórkach do CO2 i H2O przy pomocy O2 atmosferycznego, CO2 jest wydychany z powietrzem, woda wchodzi do innych procesów metabolicznych. Ten CO2 oraz CO2 pochodzący z erupcji wulkanów, rozkładu martwej materii organicznej, naturalnych pożarów lasu, trzęsień ziemi itd. jest pobierany przez rosliny, w wyniku fotosyntezy jest łączony do glukozy, z której rośliny buduja inne związki organiczne lub zużywają ją w procesie oddychania komórkowego, roslinożercy zjadają rosliny wbudowując ich aminokwasy we własne ciała, wykorzystując powstałę w nich witaminy do własnych procesów metabolicznych, cukry zużywają do produkcji energii w procesie oddychania komórkowego, wydychaja CO2, który wiążą inne rosliny, roslinożercy są zjadani przez mięsożerców, znów część materii idzie w budowę ich ciał częśc na produkcję energii, CO2 jest wydychany, wiązany przez rosliny, mięsożercy sa zjadani przez konsumentów dalszych rzędów, ich odchody i gazy jelitowe również zawierają CO2, który wiążą rosliny, martwe ciała roslin i zwierząt sa zjadane przez padlinożerców, bezkręgowce i bakterie, metabolizm bezkręgówców i padlinożerców również daje oddechowy CO2, też wbudowują pobrane aminokwasy i lipidy w swoje ciała, bakterie w zależności od warunków uwalniaja rózne gazy metaboliczne, w tym CO2. Również sin wiąża CO2 i uwalniają O2, przy pomocy, którego komórki tlenowców utleniają glukozę i uwalniają energię potrzebną do utrzymania procesów metabolicznych i ciepło. Tak samo ciała roslin np. nadziemne części roslin dwu i wieloletnich, ciała jednorocznych rozkładają się do wielu prostychn związków chemicznych m. in. CO2 wiązanego przez inne rośliny, bezkręgowce są zjadane przez większe zwierzęta, jeże, ptaki itd. i wchodzą do łańcucha pokarmowego. Związek organiczny to każdy związek węgla oprócz CO2, CO, H2CO3 i jego soli, HCN i jego soli. węgiel ma wysoką temperaturę spalania i jest po wodorze, helu i tlenu 4 najpowszechniejszym pierwiastkiem we Wrzechświecie. W ludzkim ciele jest 2 po tlenie pierwiastkiem w ciele-stanowi 18,5% naszego ciała.
Węgiel to niemetal należący do gr. 14, tworzy 4 wiązania wodorowe, w przyrodzie występuje w postaci izotopów C12 i C13, C12 ma 6 neutronów, C13 7. 
W przyrodzie istnieje kilka odmian allotropowych węgla-wyróżniamy diament, fuleren, grafit, grafen, lonsdaleit. Złoża węgla pwostają  w wyniku beztlenowego rozkładu roślin np. torfowców w bagnach, drzew zasypanych ziemią itd. Substancje organiczne np. celuloza rozkładają się do CO. CH4, H2O i czystego węgla. Lotne związki uchodzą, zostają stałe czyli węgiel jest to beztlenowy rozkład materii organicznej, może zachodzić też dzięki wysokiej temperaturze-spaleniu, produkcja węgla drzewnego, który jest doskonałym opałem, ale też służy do produkcji filtrów, leków wiążących toksyny w organizmie, leków przeciw zatruciom pokarmowym itd. Chociaż palenie drzew, któe mogłyby zyć zbyt humanitarne nie jest.
Diament jest najtrwardszym minerałem, którym można zatrzeć pozostałe, w skali twardości ma 10. Oszlifowany to brylant, używa się go do produkcji biżuterii i ozdób, poza tym diament wykorzystuje się do produkcji wierteł, ostrzy, narzędzi, które dobrze tną, wiercą itd.
Fulereny wykorzystuje sie do produkcji diamentów, wzmocnienia folii aluminiowej, do produkcji lekó m. in. na AIDS, przewodników prądu.
Grafit wykorzystuje się do produkcji czarnych smarów, ołówków, rysików, przewodników prądu, cegieł i naczyń ogniotrwałych.
Grafen wykorzystuje się do produkcji tranzystorów, procesorów polarnych, ekranów dotykowych, kondensatorów, diod fotoluminescencyjnych, elektrod, akumulatorów, detektorów gazów, baterii, ogniw fotowoltanicznych i innych, kolektorów słonecznych-bez węgla OZE też nie mogłyby istnieć, obsorbentów olejków, leków, odczynników, materiałów tamujących krwawienie i odkażających rany-środki opatrunkowe, leczenie ran, oparzeń itd.
Lonsdaleit to twardsza forma diamentu, jest twardzy o 58% dlatego może być wykorzystany w przemyśle, wiertnictwie np. gazu i ropy, ale jest rzadki, powstaje w czasie upadku meteorytu.
Węgiel znajduje też zastosowanie w energetyce i przemysle grzewczym oraz w ogrzewaniu prywatnych domów i mieszkań, jest tani, piece węglowe pracują niezależnie od dostaw prądu z zewnątrz, za to centralne ogrzewanie jest wygodne, wystarczy raz rozpalić, wymaga rzadszego podtrzymywania ognia.
Węgiel spala sie do CO2 w odpowiedniej ilości tlenu i wysokiej temperaturze, jeśli jest mniej tlenu lub niższa temperatura powstaje CO-tlenek węgla, jesli jeszcze mniej tlenu lub niższa temp. do C w postaci sadzy, reakcje w molach:
C+O2=CO2; C+O2=2CO; C stały=C sadza
Dla porównania ropa naftowa, która jest mieszaniną wielu związków organicznych, równiez powstaje z beztlenowo rozłożonych szczątków roslin również spala się do tych samych związków, ropa ma alkany, węglowodory ciekłe od pentanu do heksadekanu i stałe od heptadekanu wzwyż, węglowodory naftalenowe i cykliczne.
Pentan to C5H12 podczas spalania:
Duzo O2, wysopka temperatura: C5H12+8O2=5CO2+6H2O, w mnniejszej ilości O2/niższej temp; C5H12+5,5O2=5CO+6H2O, jeszcze mniej O2/niższa temp: C5H12+2O2=3C+CO+CO2+H2O lub inne kombinacje tych samych związków.
Gaz ziemny i łupkowy są podobne w składzie chemicznym wykorzystywany jest gł. propan butan. Propan C3H8 +3O2=CO2+4H2O lub C3H8+3,5O2=3CO+4H2O lub C3H8+3O2=C+CO+CO2+4H2O, wartości podane są w molach stąd połowiczne wyniki. Jak widać ropa, gaz i węgiel spalają się do tych samych związków chemicznych, różnica jest tylko w parze wodnej, która w czasie spalania zwykłego węgla nie powstaje. Oczywiście każde to paliwo może zawierać mniejsze lub większe ilości innych pierwiastków np. siarki, miedzi, żelaza, ołowiu, gdy zanieczyszczenie jest duże, pozyskuje się z węgla dany pierwiastek np. siarke, żeby wyklorzystać do innych celów np. produkcji zapałek. Ciepło spalania zależy od wartości opałowej, czyli kaloryczności tzn ilości wygenerowanego podczas spalania ciepła. Wartośc opałowa czystego węgla to 33910 kJ/kg, zależnie od paliwa: węgiel kamienny 21000-30000 kj/kg; miał węglowy 17 tys-27 tys kJ/kg; węgiel brunatny 7500-21 tys kJ/kg; koks 27 tys-30 tys kJ/kg; torf 13 tys-16 tys kJ/kg; dla porównania drewno liściaste 14 700-15800 kJ/kg; świeża słoma 12 tys-14900 kJ/kg;, gaz płynny, propan-butan 46 tys-47 tys kJ/kg; gaz ziemny 31 tys kJ/kg, olej opałowy 43 tys[http://1st.bloog.pl/id,6429144,title,Kalorycznosc-wegla-opalu-tabela,index.html] Ceny węgla wahają się od 700 do 100o zł za tonę, groszek i inne modyfikacje można dostać już za 450 zł. Tonę węgla zużywa się średno w miesiąc, dla porównania cena m3 gazu wynosi 3 zł/m3. Tak więc węgiel mimo iż mniej kaloryczny jest bardziej opłacalny.
Węgiel kamienny powstaje miliardy lat, w karbonie zaczęły się tworzyć główne złoża węgla na świecie, paprocie, skryzpy, widłaki i nagonasienne uległy beztlenowej fermentacji w wilgotnych,. beztlenowych środowiskach, pod warstwą mułu i błota, zostały one przykryte innymi skałami, z czasem warstwy skał przykryły wielokrotnie szczątki, spowodowało to wzrost ciśnienia i temperatury, powstała warstwa torfu, pomiędzy cząsteczki torfu wnikały cząsteczki wody i skał, nastał proces akumulacji roślinnej, czyli wielokrotnego wymywania wody i zawiesiny innych skał z warstwy torfu, procesy górotwórcze podniosły warstwę węgla, im starsze pokłady tym lepszy węgiel, nasz węgiel ma od 360 do 28 milionów lat [http://www.taniopal.pl/pl/poradnik/pozostale/powstanie-wegla].
Węgiel brunatny powstał w miocenie w środkowym trzeciorzędzie, ma on 6-45 milionów lat, powstaje ze szczątek roslin. Przemiana materiałów organicznych w węgiel: celuloza=CO+H2O+CH4+C, końcowy efekt zwęglenia szczątkó roślinnych to grafit.
Nie znamy pochodzenia złóż ropy naftowej, jedni sądzą, że ma pochodzenie nieorganiczne związane z procesami geochemicznymi zachodzącymi w jądrze Ziemi, inni uważają, ze ropa powstałą w wyniku beztlenowego rozkładu organizmów żywych, gł. roślin, ale też bakterii zatrzymanych w mule, tam w skałąch osadowych, tylko w takich występuja złoża ropy panowała wysoka temperatura i ciśnienie, które spowodowały powstanie ropy.
Gaz ziemny ma pocchodzenie organiczne-powstaje w wyniku rozkładu beztlenowego szczątków organicznych-metanogeneza, gaz bagienny, towarzyszy też ropie naftowej i nieorganiczne to gazy wulkaniczne gł. metan, etan itd. Gaz łupkowy to gaz ziemny występujący w podziemnych złożach łupków osadowych, łupki bitumiczne to drobnoziarniste skały z łupków osadowych, zawierają gł. iły pochodzące z wietrzenia skaleni, glikokrzemianów itd. to kaolinit i montmorylonit oraz bituminy, kopalne węglowodory powstałe ze szczątek roślin i zwierząt, z nich pod wysokim ciśnieniem i temperaturą powstają gaz ziemny, ropa naftowa, wosk ziemny-parafina rodzima, mieszanina stałych węglowodorów i asfalt ziemny. Ogólnie gaz ziemny to węglowodory lotne: metan, etan, propan, butan i ciekłe: heptan i wyższe.