Węgiel w swoich różnych modyfikacjach może mieć kolor od brązowego do czarnego. Jest dobrym paliwem, dlatego służy do konwersji energii cieplnej na energię elektryczną. Powstaje w wyniku akumulacji masy roślinnej i przechodzenia w niej procesów fizykochemicznych.
Różne modyfikacje węgla
Nagromadzenie miazgi drzewnej w bagnistej glebie prowadzi do powstania torfu, który jest prekursorem węgla. Formuła torfu jest dość skomplikowana, dodatkowo nie ma określonego stosunku stechiometrycznego dla tego rodzaju węgla. Suchy torf składa się z atomów węgla, wodoru, tlenu, azotu i siarki.
Ponadto torf poddawany długotrwałemu działaniu wysokiej temperatury i wysokich ciśnień wynikających z przebiegu procesów geologicznych, przechodzi szereg następujących modyfikacji węgla:
- Węgiel brunatny lub brunatny.
- Asf alty.
- Węgiel.
- Antracyt.
Końcowym produktem tego łańcucha przemian jest twardy grafit lub węgiel grafitopodobny, którego formuła to czysty węgiel C.
Drewno węglanowe
Około 300 milionów lat temu, w okresie karbońskim, większość ziemi naszej planety pokryta była olbrzymimi lasami paproci. Lasy te stopniowo wymierały, a drewno gromadziło się na bagnistych glebach, na których rosły. Duża ilość wody i brudu stworzyła przeszkody dla przenikania tlenu, dzięki czemu martwe drewno nie uległo rozkładowi.
Przez długi czas świeżo obumarłe drewno pokrywało starsze warstwy, których ciśnienie i temperatura stopniowo wzrastały. Powiązane procesy geologiczne doprowadziły ostatecznie do powstania złóż węgla.
Proces karbonizacji
Termin „karbonizacja” odnosi się do metamorficznej przemiany węgla związanej ze wzrostem grubości warstw drzew, ruchami i procesami tektonicznymi, a także wzrostem temperatury w zależności od głębokości warstw.
Wzrost ciśnienia zmienia przede wszystkim właściwości fizyczne węgla, którego wzór chemiczny pozostaje niezmieniony. W szczególności zmienia się jego gęstość, twardość, anizotropia optyczna i porowatość. Wzrost temperatury zmienia samą formułę węgla w kierunku wzrostu zawartości węgla i spadku tlenu i wodoru. Te procesy chemiczne prowadzą do polepszenia właściwości paliwowych węgla.
Węgiel
Ta modyfikacja węgla jest bardzo bogata w węgiel, co prowadzi do wysokiego współczynnika przenikania ciepła i prowadzi do jego wykorzystania w przemyśle energetycznym jako głównego paliwa.
Formuła węgla składa się zsubstancje bitumiczne, których destylacja umożliwia wyekstrahowanie z nich węglowodorów aromatycznych oraz substancji zwanej koksem, która ma szerokie zastosowanie w procesach metalurgicznych. Oprócz związków bitumicznych w węglu jest dużo siarki. Pierwiastek ten jest głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza ze spalania węgla.
Węgiel jest czarny i pali się powoli, tworząc żółty płomień. W przeciwieństwie do węgla brunatnego jego wartość opałowa jest wyższa i wynosi 30-36 MJ/kg.
Formuła węgla ma złożony skład i zawiera wiele związków węgla, tlenu i wodoru, a także azotu i siarki. Taka różnorodność związków chemicznych była początkiem rozwoju całego kierunku w przemyśle chemicznym - karbochemii.
Obecnie węgiel kamienny został prawie zastąpiony przez gaz ziemny i ropę, ale nadal istnieją dwa ważne zastosowania:
- główne paliwo w elektrowniach cieplnych;
- źródło koksu otrzymywanego przez beztlenowe spalanie węgla kamiennego w zamkniętych wielkich piecach.
