Węgiel jest jednym z najstarszych paliw znanych człowiekowi. I nawet dzisiaj zajmuje wiodącą pozycję pod względem użytkowania. Powodem tego jest jego powszechność, łatwość ekstrakcji, przetwarzania i użytkowania. Ale kim on jest? Jaki jest wzór chemiczny węgla?
Właściwie to pytanie nie jest całkowicie poprawne. Węgiel nie jest substancją, jest mieszaniną różnych substancji. Jest ich dużo, więc nie da się do końca określić składu węgla. Dlatego pod wzorem chemicznym węgla w tym artykule będziemy raczej mieli na myśli jego skład pierwiastkowy i kilka innych cech.
Ale czego możemy się dowiedzieć o stanie tej substancji? Węgiel powstaje z szczątków roślin przez wiele lat pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia. A ponieważ rośliny mają charakter organiczny, substancje organiczne będą dominować w składzie węgla.
W zależności od wieku i innych uwarunkowań pochodzenia węgla dzieli się go na kilka rodzajów. Każdy gatunek wyróżnia się składem pierwiastkowym, obecnościązanieczyszczenia i inne ważne cechy.
Węgiel brunatny
To najmłodszy rodzaj węgla. Ma nawet roślinną, drzewiastą strukturę. Powstały bezpośrednio z torfu na głębokości około 1 kilometra.
Ten rodzaj węgla zawiera dość dużą ilość wilgoci: od 20 do 40%. Pod wpływem powietrza odparowuje, a węgiel kruszy się w proszek. Następnie porozmawiamy o składzie chemicznym tej konkretnej suchej pozostałości. Ilość zanieczyszczeń nieorganicznych w węglu brunatnym jest również wysoka i wynosi 20-45%. Te zanieczyszczenia to dwutlenek krzemu, tlenki glinu, wapnia i żelaza. Może również zawierać tlenki metali alkalicznych.
W tym węglu znajduje się dużo lotnych substancji organicznych i nieorganicznych. Mogą stanowić nawet połowę masy tego rodzaju węgla. Skład pierwiastkowy bez substancji nieorganicznych i lotnych jest następujący:
- Węgiel 50-75%.
- Tlen 26-37%.
- Wodór 3-5%.
- Azot 0-2%.
- Siarka 0,5-3%.
Węgiel
Zgodnie z czasem powstawania, ten rodzaj węgla jest następny po brunatnym. Ma kolor czarny lub szaro-czarny, a także żywiczny, czasem metaliczny połysk.
Wilgotność węgla jest znacznie mniejsza niż brązu: tylko 1-12%. Zawartość substancji lotnych w węglu jest bardzo zróżnicowana w zależności od miejsca wydobycia. Może być minimalna (od 2%), ale może też osiągać wartości zbliżone do węgla brunatnego (do 48%). Skład elementarny wygląda następująco:
- Węgiel 75-92%.
- Wodór 2, 5-5, 7%.
- Tlen 1, 5-15%.
- Azot do 2,7%.
- Siarka 0-4%.
Z tego możemy wywnioskować, że wzór chemiczny węgla kamiennego zawiera więcej węgla niż węgiel brunatny. To sprawia, że ten rodzaj węgla jest paliwem lepszej jakości.
Antracyt
Antracyt to najstarsza forma węgla kopalnego. Ma kolor ciemnoczarny i charakterystyczny metaliczny połysk. To najlepszy węgiel pod względem ilości ciepła wydzielanego podczas spalania.
Ilość wilgoci i substancji lotnych w nim jest bardzo mała. Około 5-7% dla każdego wskaźnika. A skład pierwiastkowy charakteryzuje się niezwykle wysoką zawartością węgla:
- Węgiel ponad 90%.
- Wodór 1-3%.
- Tlen 1-1, 5%.
- Azot 1-1, 5%.
- Siarka do 0,8%.
Więcej węgla zawiera się tylko w graficie, który jest kolejnym etapem uwęglenia antracytu.
Węgiel drzewny
Ten rodzaj węgla nie jest skamieniałością, więc ma pewne osobliwości w swoim składzie. Jest wytwarzany przez ogrzewanie suchego drewna do temperatury 450-500 oC bez powietrza. Ten proces nazywa się pirolizą. Podczas niej z drewna uwalnianych jest szereg substancji: metanol, aceton, kwas octowy i inne, po czym zamienia się w węgiel. Nawiasem mówiąc, spalanie drewna jest również pirolizą, ale z powodu obecności tlenu w powietrzu uwalniane gazy ulegają zapłonowi. To jest przyczyną istnieniapłomienie podczas palenia.
Drewno nie jest jednorodne, ma dużo porów i kapilar. Podobna struktura jest częściowo zachowana w pozyskiwanym z niej węglu. Z tego powodu ma dobrą zdolność adsorpcji i jest używany razem z węglem aktywnym.
Wilgotność tego rodzaju węgla jest bardzo niska (około 3%), ale podczas długotrwałego przechowywania pochłania wilgoć z powietrza, a zawartość wody wzrasta do 7-15%. Zawartość zanieczyszczeń nieorganicznych i substancji lotnych jest regulowana przez GOST i nie powinna przekraczać odpowiednio 3% i 20%. Skład pierwiastkowy zależy od technologii produkcji i w przybliżeniu wygląda tak:
- Węgiel 80-92%.
- Tlen 5-15%.
- Wodór 4-5%.
- Azot ~0%.
- Siarka ~0%.
Wzór chemiczny węgla drzewnego pokazuje, że pod względem zawartości węgla jest zbliżony do kamienia, ale dodatkowo zawiera tylko niewielką ilość pierwiastków zbędnych do spalania (siarka i azot).
Węgiel aktywny
Węgiel aktywny to rodzaj węgla o dużej powierzchni właściwej porów, dzięki czemu jest jeszcze bardziej chłonny niż drewno. Węgiel drzewny i węgiel, a także łupiny orzechów kokosowych są wykorzystywane jako surowce do jego produkcji. Materiał wyjściowy poddawany jest procesowi aktywacji. Jego istotą jest otwieranie zatkanych porów za pomocą wysokiej temperatury, roztworów elektrolitów lub pary wodnej.
Podczas procesu aktywacji zmienia się tylko struktura substancji, więc wzór chemiczny węgla aktywnegoidentyczny ze składem surowców, z których został wykonany. Zawartość wilgoci w węglu aktywnym zależy od powierzchni właściwej porów i zwykle wynosi mniej niż 12%.
