Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A szén Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE PMMIK Környezetmérnöki Tanszék.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A szén Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE PMMIK Környezetmérnöki Tanszék."— Előadás másolata:

1 A szén Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE PMMIK Környezetmérnöki Tanszék

2 Fizikai tulajdonságok elektronkonfiguráció: ns 2 np 2 nemfémes elem magas op, fp három természetes izotópja van 14 C radioaktív t 1/2 = 5568 év allotróp módosulat: amikor bizonyos elemek több kristályszerkezeti módosulatban is előfordulnak

3 Természetben való előfordulása Elemi állapotban Ásványi szenek formájában Kőolaj, földgáz formájában Vegyületeiben

4 Természetben való előfordulása Elemi állapotban gyémánt: klasszikus atomrács, tetraéderes, átlátszó, gyémántfényű, igen kemény (Mohs-sk: 10), sűrűsége 3,5 g/cm 3, nem vezető, nincs oldószere, magas op; briliáns; üvegcsiszolás-vágás, kőzet- és acélfúrófejbe hegyként

5 Természetben való előfordulása grafit: egyedi réteges kristályrács átlátszatlan, fekete, fémes fényű igen lágy (Mohs-sk: 0,5-1) sűrűsége 2,26 g/cm 3 fémes vezető hatszöges kristályrács (a. síkrács) nincs oldószere magas op, stabil elektród alapanyaga, elektromos kemencék, ceruzagy.

6 Természetben való előfordulása fullerének: meghatározott, páros számú (60, 72, 84 stb.) szénatomból álló „szénmolekulák” leggyakoribb: C ötszög és 20 hatszög alkotja barnásfekete por szerves oldószerben különböző mértékben és különböző színnel oldódnak nanotechnológia

7 Természetbeni előfordulása Ásványi szenek formájában Ásványi szenek %-os széntartalom Tőzeg57 Lignit65 Barnaszén70-78 Feketeszén80-91 Antracit94-98 Biokémiai, majd geokémiai szénülés max. 100  C-ig, 3 km mélységig Forrás:

8 Természetbeni előfordulása Kőolaj és földgáz formájában Kőolaj (ásványolaj) Tengeri állatok, növények maradványaiból, O 2 -től elzárt közegben, anaerob baktériumok jelenlétében bekövetkezett bomlás terméke A nyers kőolaj Sűrűn folyó Színe: sötétbarna-sötétzöld-fekete Sűrűsége kisebb a víznél Alkotói:  Paraffin szénhidrogének  Naftén szénhidrogének (cikloalkánok)  Aromás szénhidrogének  O, S, N tartalmú szerves vegyületek A Föld kőolajkészleteinek 70%-a: Texas, Venezuela, Karib-tenfer, Közel-Kelet, Kaszpi- tenger, Közép-Ázsia,Dél-Kína, Indokína, Indonézia.

9 Forrás: kkft.bme.hu/.../9.%20Kőolaj%20feldolgozás,%20motorhajtó%20anyago...

10 Forrás:

11

12 Forrás:http://www.petroleum.hu/hogymfinomito.html

13 Forrás:http://www.petroleum.hu/img/DUFIscheme.pdf Forrás:http://www.petroleum.hu/hogymfinomito.html

14 Természetbeni előfordulása Földgázok Nedves ált. kőolajkísérő fg. cseppfolyós szénhidrogén-tartalmúak Száraz csak szénhidrogéneket tartalmaz csak CO 2 -t vegyesen szénhidrogéneket és CO 2 -t + egyéb: N 2 ; H 2 S; He

15 Természetbeni előfordulása Vegyületeiben: Szerves (ld. szerves) Szervetlen (karbonátok, hidrogén-karbonátok) CaCO 3 (mészkő, kalcit, márvány, aragonit) MgCO 3 (magnezit) K 2 CO 3 (hamuzsír) CaMg(CO 3 ) 2 (dolomit) NaHCO 3 (szódabikarbóna) Na 2 CO 3  10H 2 O (szóda, sziksó)

16 Kémiai tulajdonságok Oxidációsszám -4 és +4 között EN 2,5 vegyületeiben kovalens kötést alkot Hidrogénnel alkotott vegyületek szénhidrogének Halogénekkel alkotott vegyületek közvetlenül csak a fluorral reagál a finom pora CX 4 összetételűek CCl 4 (szén-tetraklorid) (nem gyúlékony, jó zsíroldó, nem hidrolizál) apoláris jellegűek alacsony op, fp

17 Oxigénnel alkotott vegyületek közvetlenül reagál oxigénnel Szén-monoxid (CO) színtelen, szagtalan gáz 2C + O 2 = 2CO mérgező 250-szer stabilabb komplexet képez a hemmel mint az oxigén előállítása HCOOH  CO + H 2 O (cc. H 2 SO 4, melegítés) CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 C (izzó) + H 2 O (gőz) = CO + H 2

18 acélpalackban tárolni tilos, „megeszi” (szivacsos lesz) Fe + 5CO = [Fe(CO) 5 ] : olajszerű karbonil-vegyület CO + NaOH = HCOONa (nátrium-formiát) éghető gáz (kék lánggal ég), levegővel robbanóelegyet alkot 2CO + O 2 = 2CO 2 jó redukálószer Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

19 Szén-dioxid (CO 2 ) színtelen, szagtalan, a levegőnél nehezebb gáz vízben fizikailag (CO 2  nH 2 O oldódik) kémiailag is oldódik CO 2 + H 2 O ↔H 2 CO 3 nem mérgező Előállítása: CaCO 3  CaO + CO 2 (Ipari) CH H 2 O  CO 2 + 4H 2 (Ipari) CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (laborban) Term. előfordulása Magyaro.-n: Répcelak (kén-hidrogénes) Felhasználása: Hűtés: szárazjég (csak nyomás alatt cseppfoly.-ó) Tűzoltószer Hajtógáz Szódavíz Szénsav (H 2 CO 3 ) gyenge sav H 2 CO 3 + H 2 O ↔ H 3 O + + HCO 3 - HCO H 2 O ↔ H 3 O + + CO 3 2-

20 Kénnel vörös izzáson szén-diszulfiddá C + 2S = CS 2 (mérgező, gyúlékony, jó zsíroldó) Fémekkel karbidokká (CaC 2, Fe 3 C) Vízzel való reakció (izzó szén) C + H 2 O  CO + H 2 (vízgáz reakció) nagyon fontos szintetikus nyersanyag CO + H 2 O = CO 2 + H 2 könnyen eltávolítható (vízben elnyeletik) CO + H 2 = HCHO (formaldehid) CO + 2H 2 = CH 3 OH Magas hőmérsékleten erős redukálószer. Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO

21 Egyéb HCN (hidrogén-cianid, ciánsav, kéksav) keserűmandula szagú, mérgező sói: KCN, NaCN (vízoldhatók, mérgezőek) SiC (szilícium-karbid) SiO 2 + 3C  SiC + 2CO  Si + C (mesters.grafit) CaC 2 (kalcium-karbid)

22 A szén biogeokémiai körforgása

23

24 Hidroszféra H 2 CO 3 : szénsav HCO 3 - : hidrogén-karbonátion CO 3 2- : karbonátion Hogyan jut a vízbe? Atmoszféra CO 2 tartalmából beoldódással (p, T, pH befoly.) CO 2(g) atm.  CO 2(aq) hidr. CO 2(aq) hidr +H 2 O  H 2 CO 3 H 2 CO 3 +H 2 O  HCO 3 - +H 3 O + HCO 3 - +H 2 O  CO H 3 O + CO H 2 O  HCO 3 - +OH - A hidroszférában jelenlévő H 2 CO 3 és HCO 3 - oldja a litoszféra karbonátos kőzeteit Pl.: CaCO 3 +H 2 CO 3  Ca(HCO 3 ) 2 Ca(HCO 3 ) 2  Ca 2+ +2HCO 3 - változik a víz keménysége

25 Atmoszféra 99%-ban CO 2 formájában és CO, CH 4, C x H y CO 2 keletkezése, felhasználása a bioszférában Felhasználása: fotoszintézis 6CO 2 +6H 2 O  (E=h  ) C 6 H 12 O 6 +6O 2 Lényegében a napfény sugárzó energiájának tárolása biomassza formájában Keletkezése: légzés, mineralizáció 1/n C n H 2n O n +H 2 O  CO 2 ↑+4H + (aq) +4e - Lényegében a napfény eltárolt energiájának visszanyerése, hasznosítása Biomassza lebontása többféle úton történhet:

26 Atmoszféra - Pedoszféra Pl.: Aerob:CO 2 +H 2 O Denitrifikáció: CO 2 +N 2 MnO 2 redukció:CO 2 +Mn 2+ Ammóniaképződés:CO 2 +NH 4 + Metánképződés:CO 2 +CH 4 Hidrogénképződés:CO 2 +H 2 termékek

27 A CO 2 körforgása

28 Atmoszféra CH 4 atmoszférikus oxidációja  CO 2, intermedier a CO CO természetes forrásai metánoxidáció magasabb C-számú szénhidr. oxidációja biomassza égetése növényi a. bomlása (tökéletlen égés terméke) C+0,5O 2  CO CO+0,5O 2  CO 2 (gyors!) C+CO 2  2CO talajban biokémiai átalakulások útján  CO+0,5O 2  CO 2 (aerob bakt.)  4CO+2H 2 O  CH 4 +3CO 2 (metanogén bakt.) CH 4 : atmoszférában többny. biogén eredetű

29 A CH 4 - CO 2 ciklus A metán az atmoszféra széntartalmának megközelítőleg 1 %-át teszi ki.

30 Antropogén CO 2 emisszió ∼ Gt/év égetések és cementgyártás ∼ 5,5 trópusi erdőirtás ∼ 1,6 CO 2 források – összesen ∼ 7,1 atmoszféra-tárolás ∼ 3,3 óceánok CO 2 felvétele ∼ 2,0 erdőtelepítés az É-i fg-ön ∼ 0,5 más földi elnyelések (trágyázás, éghajlati hatások) ∼ 1,3 CO 2 nyelők – összesen ∼ 7,1

31 A légkör CO 2 -koncentrációjának emelkedése Scripps Oceanográfiai Intézet - Mauna Loa Obszervatórium Forrás: Mauna Loa: Hawaii Vulkánok Nemzeti Parkban, Hawaii szigetén pajzsvulkánHawaii Vulkánok Nemzeti ParkbanHawaiipajzsvulkán

32 Az emberi tevékenység hatása a szén körforgására A körforgásban résztvevő szén több mint 10 %-a (!) antropogén eredetű. A CO 2 -tartalom növekedését a fotoszintézis, egyéb korlátozó tényezők miatt nem tudja ellensúlyozni. A megnövekedett CO 2 -tartalom hatásai Fokozódik a karbonátos kőzetek mállása 2 HCO 3 - = CO 2 + CO H 2 O A légkör szén-dioxid-tartalmával egyensúlyt tartó tiszta víz pH-ja,pH nem 7,0. A nyitott edényben lévő víz tehát körülbelül 25-ször savasabb, mint a tiszta H 2 O. Ezt az értéket kell a csapadékok semlegességi pontjának tekinteni, a savas eső tehát pH < 5,6-os csapadék.

33 A fenti egyensúly fenntartásához szükséges CO 2 az ún. járulékos, vagy tartozékos CO 2. Az egyensúlyinál több CO 2 az ún. agresszív CO 2. A járulékos és az agresszív CO 2 együttes mennyisége a szabad CO 2. A hidrogén-karbonátba beépült CO 2 az ún. kötött CO 2. Az agresszív CO 2 nem csak a karbonátos kőzetekre fejt ki oldó hatást, hanem a szilikátos kőzetek is elmállanak, miközben SiO 2 és agyag keletkezik. A vízben oldott gázok közül az O 2 és a CO 2 a vas korróziója szempontjából különösen káros. Közvetlenül befolyásolja a NOx - O 3 ciklust Üvegházhatás

34 Szilícium

35 Előfordulása, előállítása Előfordulás: Kéreg: könnyebb (Al, Na, K, Mg, Ca) -szilikátok Köpeny: (Mg,Fe) 2 SiO 4 Előállítás: SiO 2 +2C  Si+2CO Fe jelenlétében: SiO 2 +C+Fe  CO+FeSi (ferroszilicíum)

36 Fizikai tulajdonságai sötét szürke fémes csillogású gyémántrácsban kristályosodik magas op kemény félvezető, szennyezések hatására vezetőképessége megnő fémek olvadékában oldódik

37 Kémiai tulajdonságai EN 1,8 - kovalens kötést alkot Hidrogénnel alkotott vegyületek SiH 4 : szilán kötésenergia fele a C-C kötésnek Si 2 H 6 : diszilán Si 6 H 14 : hexaszilán szilán és diszilán gáz, a többi folyékony halmazállapotú szilán öngyulladásra képes SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O könnyen hidrolizálnak SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 +4H 2

38 Halogénekkel alkotott vegyületek közönséges hőmérsékleten indifferens, csak a fluorral reagál Si + 2F 2 = SiF 4 magasabb hőmérsékleten a többi halogénnel is reagál SiX 4 összetételű könnyen hidrolizálnak SiCl 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4HCl üvegmaratás SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O SiF 4 + 2HF = H 2 [SiF 6 ]

39 Oxigénnel képzett vegyülete 600 o C felett oxigénben meggyújtható Si + O 2 = SiO 2 Nitrogénnel nitriddé: Si 3 N o C felett Szénnel karbiddá: SiC 2000 o C felett Fémekkel: szilicidet alkot 2Mg + Si = Mg 2 Si Mg 2 Si + 4HCl = SiH 4 + 2MgCl 2 Vízzel nem reagál Savakban nem oldódik Lúgokban könnyen oldódik Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2

40 Szilícium-dioxid, kovasav, szilikátok A szilícium-dioxid: A természetben három különböző kristályszerkezettel fordul elő (kvarc,tridimit,krisztobalit) A kvarckristály atomrácsot alkot,ahol Si-O kovalens kötések adják a rácsenergiát. Egy szilíciumatom négy oxigénnel alkot kovalens kötést. Fizikai tulajdonságai: A kvarc: igen magas olvadáspontú (1700  C),elektromos szigetelő sajátságú,átlátszó, vízben nem oldódik. Felhasználása szempontjából fontos,hogy átengedi az ultraibolya fényt (kvarclámpa). A SiO 2 olvadéka megmerevedve alkotja a kvarcüveget. Az üveges állapotra kisebb rendezettség jellemző,mint a kristályosra.

41 Közönséges üveg előállítása Na 2 CO 3 + CaCO SiO 2  Na 2 O·CaO·6 SiO CO 2 Szilícium-dioxidhálózatképző Kalcium-oxidszerkezet stabilizáló Nátrium-oxidolvasztó hatás

42 A kvarcüveg kémiailag nagyon ellenálló: SiO 2 +4HF=SiF 4 +2H 2 O kicsi a hőtágulása Felhasználása: drágakőként, ametiszt,füstkvarc,topáz,rózsakvarc,amorf módosulatok az achát,jáspis,opál, szennyezett kvarc a kvarchomok.

43 Kovasavak: H 4 SiO 4, vagy egy vízmolekulával kevesebb H 2 SiO 3, nem állandóak és csak sok vízzel, kocsonyás állapotot alkotva ismertek. Mivel a kvarchomok nem oldódik vízben, a kovasav előállítása sójából történhet: Na 2 SiO 3 +2HCl=2NaCl+H 2 SiO 3 Nátrium-szilikát:(Na 2 SiO 3 )(vízüveg) vízben oldódik, vizes oldata lúgos, sósavval kocsonyás kovasav keletkezik belőle. porcelán,kerámiaragasztóként használják. Szilícium-karbid: (SiC) mesterségesen előállított,nagy keménységű csiszolóanyag gyémántrácsszerű kristályszerkezet Szilikátok: A Föld szilárd kérgének fő alkotói. különböző szerkezetű(szálas,rétegrácsos,térrácsos)vegyületek pl:azbeszt,csillámok, földpátok,agyag stb. Az összes szilikát szerkezete a SiO 4 - tetraéderes szerkezeten alapul. Agyag: különböző alumínum- szilikátokat tartalmaznak,kerámiaipar legfontosabb alapanyaga.

44 Germánium

45 Fizikai kémiai tulajdonságai a szilíciummal analógok szürkésfehér kemény, rideg átmeneti fém félvezető Kémiai tulajdonságai vegyületeiben +4 és +2 az oxidációszáma közönséges hőmérsékleten indifferens magasabb hőmérsékleten majdnem minden elemmel reagál oxidáló savakban oldódik sósavban, lúgokban nem Felhasználása tranzisztorok, napelemek készítéséhez

46 Irodalmak Dr. Berecz Endre: Kémia műszakiaknak. Tankönyvkiadó, Budapest, 1991 Dr. Bodor Endre: Szervetlen kémia I-III., Veszprémi Egyetem, Veszprém, 1994 Dr. Bot György: Általános és szervetlen kémia. Medicina, Budapest, 1987 Papp Sándor – Rolf Kümmel: Környezeti kémia. Tankönyvkiadó, Budapest, 1992 Papp Sándor: Biogeokémia – Körfolyamatok a természetben. Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, 2002 Dr. Papp Sándor(szerk.): Környezeti kémia. HEFOP P /1.0 az. „A Felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” c. pályázat anyaga Dr. Bajnóczy Gábor BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék: Kőolajfeldolgozás, motorhajtóanyagok. Magyar Ásványolaj Szövetség: Hogyan működik az olajfinomító? Dr. Széchy Gábor: Bevezetés a kőolajfeldolgozás technológiájába.

47 Köszönöm a figyelmet!


Letölteni ppt "A szén Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE PMMIK Környezetmérnöki Tanszék."

Hasonló előadás


Google Hirdetések