uhlík

Uhlík (lat. Carboneum) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, jeho značka je C, má 4 väzby a jeho protónové číslo je 6. Uhlík tvorí základný stavebný kameň všetkých organických zlúčenín a tým aj všetkých živých organizmov. Zlúčeniny uhlíka sú jedným zo základov svetovej ekonomiky, fosílne palivá ako zemný plyn a uhlie slúžia ako energetický zdroj na výrobu elektriny a vykurovanie, produkty spracovania ropy (benzín, nafta, ťažké oleje) sú nevyhnutné pre pohon spaľovacích motorov. Výrobky chemického priemyslu na báze uhlíka sú súčasťou každodenného života či ide o plastické hmoty, umelé vlákna, náterové hmoty alebo liečivá.

Formy uhlíka
Elementárny uhlík
Uhlík je typický nekovový prvok, ktorý sa ako minerál v elementárnom stave vyskytuje v prírode v dvoch základných modifikáciách a v posledných približne 20. rokoch bola laboratórne vytvorená tretia modifikácia:

Grafit je tvorený uhlíkom, ktorý kryštalizuje v šesťuholníkových šupinkách a patrí medzi najmäkšie známe minerály. Táto vlastnosť sa využíva napr. pri výrobe ceruziek, v ktorých mletá zmes grafitu a vápenca tvorí základnú zložku tyčinky určenej na písanie alebo kreslenie.
Diamant je tvorený uhlíkom, ktorý kryštalizuje v kockovej sústave, je veľmi cenným minerálom a patrí medzi najtvrdšie materiály. Váha diamantov sa udáva v karátoch, najväčším dosiaľ nájdeným diamantom bol Cullinan, ktorý v surovom stave pri nájdení v JAR mal hmotnosť 3 106 karátov (621,2 g).[1]
Fullerény sú novoobjavené sférické molekuly, zložené z päť alebo častejšie z šesťčlenných kružníc atómov uhlíka. V priestore sú tieto molekuly usporiadané do guľovitého tvaru a sú mimoriadne odolné voči vonkajším fyzikálnym vplyvom. Zatiaľ najstabilnejší známy fullerén je molekula obsahujúca 60 uhlíkových atómov. Fullerény sa umelo pripravujú pyrolýzou organických zlúčenín laserom. Za objav a štúdium vlastností fullerénov bola v roku 1996 udelená Nobelova cena za chémiu Robertovi F. Curlovi, Richardovi E. Smalleyovi a Haroldovi W. Krotoovi. V súčasnosti je výskum vlastností a metód prípravy fullerénov veľmi intenzívne skúmaný v mnohých špičkových vedeckých inštitúciách po celom svete.
Grafén je podobný grafitu s tým rozdielom, že ide najtenší a najtvrdší materiál na svete. Objavili ho Andre Geim a jeho kolega Konstantin Novoselov v roku 2004. Elektróny grafénu akoby porušovali fyziku. Pohybujú sa takmer rýchlosťou svetla bez toho, aby do seba narážali. To sa dá využiť v tranzistoroch, pamätiach alebo mikroprocesoroch.

Výskyt a využitie

Grafit

 

Grafit

Bližšie informácie v hlavnom článku: Grafit

Grafit je minerál, ktorý sa nachádza na mnohých miestach na Zemi. Jedny z najväčších grafitových baní sa nachádzajú v USA (Texas a štát New York), Mexiku, Indii a Rusku. Grafit je napr. aj zložkou sadzí, ktoré vznikajú spaľovaním fosílnych palív. Je však v čiastočkách tak malých, že sadza má skôr vlastnosti amorfného uhlíka.

Grafit sa priemyselne využíva najmä na výrobu ceruziek. Pritom sa najskôr spoločne s vápencom veľmi jemne pomelie a potom vylisuje do vhodného tvaru. V čistej forme, bez vápenca, sa lisuje do uhlíkov pre maliarov a grafikov.

Ďalšie významné použitie grafitu je v metalurgickom priemysle. Vzhľadom na jeho veľmi dobrú tepelnú odolnosť sa z neho vyrábajú nádoby, tzv. kokily, do ktorých sa lejú roztavené kovy a ich zliatiny. Zabráni sa tak kontaminácii roztavených kovov kovom, z ktorého by sa kokila musela vyrobiť. Z grafitu sa vyrábajú aj elektródy pre elektrolytickú výrobu hliníka z taveniny bauxitu a kryolitu alebo pri výrobe kremíka z taveniny oxidu kremičitého.

Sklový grafit[

Umelo vyrobenou formou grafitu je tzv. sklový uhlík (angl. glassy carbon), ktorý sa vyznačuje vysokou hustotou, nízkou pórovitosťou a veľmi dobrou chemickou a mechanickou odolnosťou. V praxi sa vyrába presne riadeným dlhodobým vysokoteplotným (pyrolitickým) rozkladom organických látok na povrchu normálneho grafitu.

Vďaka mimoriadnym fyzikálnym a chemickým vlastnostiam sklového grafitu sa jeho praktické využitie, aj napriek jeho vysokej cene, stále rozširuje.

• Pre elektrochémiu je dôležitý fakt, že povrchy elektród zo sklového grafitu sú chemicky vysoko odolné a je možné na nich dosiahnuť vysoký kladný potenciál bez toho, aby dochádzalo k ich rozpúšťaniu ako pri normálnych kovových elektródach. To sa dá využiť ako v analytickej chémii pri skúmaní elektrochemických vlastností organických molekúl, tak aj pre preparatívnu oxidáciu pri výrobe niektorých zlúčenín.

• Analytická metóda GFAAS (atómová absorpčná spektrometria s bezplamennou atomizáciou) používa na odparenie analyzovanej vzorky kyvetu, ktorá sa počas niekoľkých sekúnd zahrieva až na teplotu okolo 3 000 °C. Pokrytie vnútornej plochy tejto kyvety sklovým grafitom dramaticky zvyšuje jej odolnosť a v porovnaní s klasickou grafitovou kyvetou predĺži jej použiteľnosť.

• V metalurgii sa na čistenie kovov, metódou zonálneho tavenia, používajú trubice pokryté sklovým grafitom, v ktorých celý proces prebieha.

• Laboratórne pomôcky s povrchom zo sklového grafitu dosahujú rovnakú alebo dokonca lepšiu chemickú odolnosť, než pomôcky z platiny, či z jej zliatiny s ródiom.

Jantár

 

jantárové prívesky so zaliatymi fosíliami

Zvláštnu formu uhlíkatého minerálu predstavuje jantár - mineralizované zvyšky treťohornej živice staré okolo 50 miliónov rokov. Priemerné chemické zloženie jantáru bolo určené ako C₁₀H₁₆O. Základná farba jantáru je zlatožltá, ale môžeme nájsť aj odrody celkom priehľadné, červené, kávové aj biele.

Nachádza sa v Európe ako skamenená živica borovíc a v Strednej Amerike a Mexiku, kde ide o živicu tropickej dreviny kopálu.

Význam jantáru je najmä vo výrobe šperkov a ozdobných predmetov. Asi najvýznamnejším projektom v tomto obore bola povestná Jantárová komnata, miestnosť obložená nádhernými umelecky spracovanými jantárovými blokmi v Petrohradskom cárskom paláci. V priebehu 2. svetovej vojny nemecké okupačné vojská Jantárovú komnatu rozobrali a odviezli na neznáme miesto. Dodnes sa po tejto kultúrnej pamiatke bezvýsledne pátra.

Ďalší význam jantáru je paleontologický. V hmote jantárových nálezov sú veľmi často perfektne zachované telá treťohorného hmyzu, peľ vtedajších rastlín a ďalšie artefakty.

Zaujímavé je, že sa dodnes nepodarilo jantár vyrobiť umelo aj napriek tomu, že je dobre známe jeho chemické zloženie, aj predpokladaný postup vzniku.