Czy w chemii możemy przeprowadzić reakcję, która pozwoli nam „skopiować” fragmenty cząsteczki tak, jak kopiujemy fragmenty tekstu lub rysunki? Jeśli „mono” oznacza jeden, a „poli” to wiele, to jaki wzór może mieć związek chemiczny o nazwie polietylen? Jakie jest jego zastosowanie i w jaki sposób się go otrzymuje?
Źródła węgla i węglowodorów w przyrodzie
Głównymi naturalnymi źródłami węgla i węglowodorów w przyrodzie są kopaliny, takie jak węgle kopalne, ropa naftowa oraz gaz ziemny.
Węgle kopalne – naturalne źródło węgla
Węgle kopalne to skały osadowe, które zostały utworzone na skutek gromadzenia się i rozkładu szczątków roślinnych, w sprzyjających ku temu warunkach (warunki beztlenowe, wysoka temperatura i ciśnienie). W ich skład wchodzą różnorodne (wielkocząsteczkowe) związki organiczne, zbudowane głównie z węgla, wodoru, tlenu, azotu oraz siarki, a także różnego rodzaju minerały (np. sole typu krzemiany, siarczki i węglany), woda, a nawet śladowe ilości tzw. pierwiastków rzadkich (np. german i uran). W zależności od procentowej zawartości węgla pierwiastkowego, wyróżnia się różne rodzaje węgli kopalnych: węgiel kamienny, brunatny, antracyt, szungit oraz torf.
Zwróć uwagę, że w języku potocznym używamy sformułowania “węgiel”, w odniesieniu do materiału opałowego stosowanego wciąż w wielu domach. Zauważ, że nie jest to jednak czysty węgiel, ale przeważnie różnego rodzaju związki organiczne, których cząsteczki zbudowane są z atomów węgla.
Z kolei węgiel drzewny, stosowany jako paliwo do grillów, to czarna substancja wytwarzana w procesie obróbki drewna (tzw. suchej destylacji). Jego głównym składnikiem jest węgiel pierwiastkowy, zanieczyszczony popiołem i licznymi związkami organicznymi.
Polecenie 1
Zapoznaj się z poniższą galerią zdjęć, które ukazują rodzaje węgli kopalnych. Następnie uszereguj poznane węgle kopalne wg wzrastającego stopnia uwęglenia (zawartości węgla pierwiastkowego).
R1ZYQTIAgNc3e
Na grafice przedstawiony został kawałek węgla kamiennego. Gruda węgla przypomina ciemny kamień, powierzchnia nieregularna. Tło czarne.
Węgiel kamienny – zawartość węgla pierwiastkowego w przedziale 75‑97% masowych
Źródło: Piotr Sosnowski, dostępny w internecie: wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.
RxwXMuWLniUR8
Grafika przedstawia hałdę węgla brunatnego składającą się z małych nieregularnych kawałków węgla. Za górką węgla po prawej stronie widoczny jest fragment taśmy do przesuwania wydobytych kawałków.
Węgiel brunatny – zawartość węgla pierwiastkowego w przedziale 62-75% masowych
Źródło: Anton Lefterov, dostępny w internecie: wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
R1lNDKa6onsGr
Na białym tle widoczny kawałek antracytu. Kawałek kształtem zbliżony jest do kwadratu. Jest czarny i miejscami odbija światło lampy.
Antracyt – zawartość węgla pierwiastkowego w przedziale 92-95% masowych
Źródło: dostępny w internecie: wikimedia.org, domena publiczna.
RZne3VxvVxcs7
Na zdjęciu przedstawiona jest gruda torfu. Kształtem i strukturą przypomina grudę ziemi.
Torf – zawartość węgla pierwiastkowego do 60% masowych
Źródło: dostępny w internecie: wikimedia.org, domena publiczna.
RPoBxwxdFCkaK
Grafika przedstawia zdjęcie szungitu. Szungit na zdjęciu posiada powierzchnię miejscami gładką, widoczne ślady cięcia. Powierzchnia wydaje się być jak powierzchnia metalu, lekko połyskliwa.
Szungit – zawartość węgla pierwiastkowego do 99% masowych
Źródło: MOs810, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.
RsqWi1PSunfdT
Elementy do uszeregowania: 1. węgiel brunatny, 2. szungit, 3. węgiel kamienny, 4. antracyt, 5. torf
Elementy do uszeregowania: 1. węgiel brunatny, 2. szungit, 3. węgiel kamienny, 4. antracyt, 5. torf
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Głównym bogactwem energetycznym Polski są węgiel kamienny i brunatny, stąd też produkcja energii elektrycznej w naszym kraju odbywa się głównie z wykorzystaniem węgla. Złoża gazu ziemnego i ropy naftowej są niewielkie, dlatego obecnie są one importowane.
R1HIjuMZkH5he
Ilustracja przedstawia mapę Polski z podziałem na województwa. Na dole mapy w legendzie opisano znaki użyte na mapie. Oznaczono i opisano główne miasta. Na mapie przedstawiono występowanie i wydobycie surowców energetycznych. Kolorem szarym zaznaczono obszary, na których występują złoża węgla kamiennego, a kolorem brązowym obszary, na których występują złoża węgla brunatnego. Kolorem fioletowym zaznaczono obszary, na których występują złoża ropy naftowej i gazu ziemnego. Za pomocą sygnatur oznaczono miejsca ich wydobycia. Zasadniczo pokrywają się one z miejscem występowania złóż. Opisano nazwy okręgów przemysłowych. Złoża węgla kamiennego występują w województwie śląskim, tam też jest największe wydobycie. Drugim obszarem dużego występowania, ale mniejszego wydobycia złóż węgla kamiennego jest Lubelskie Zagłębie Węglowe. Złoża węgla brunatnego zlokalizowane są w wielu miejscach w województwie lubuskim, wielkopolskim, dolnośląskim i łódzkim ale wydobycie odbywa się tylko w kilku rejonach, jak Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie. Ropa naftowa i gaz ziemny występują i są wydobywane w województwie podkarpackim, lubuskim, w środkowej części województwa wielkopolskiego, północnej części województwa zachodnio‑pomorskiego oraz w północnej części województwa dolnośląskiego. Przeważa wydobycie gazu ziemnego.
Główne surowce energetyczne Polski
Źródło: Wydawnictwo Edukacyjne Wiking, licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 2
Dopasuj nazwę złoża do miejsca, w którym surowce są wydobywane.
Rir5c1CXMcTso
Mapa Polski prezentująca złoża oraz wydobycie węgla kamiennego i brunatnego.
Źródło: Wydawnictwo Edukacyjne Wiking, licencja: CC BY-SA 3.0.
R1K5NwQfyJR2c
1 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 2 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 3 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 4 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 5 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie
1 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 2 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 3 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 4 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie 5 Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, 2. Górnośląski Okręg Przemysłowy, 3. Lubelskie Zagłębie Węglowe, 4. Zagłębie Konińskie, 5. Zagłębie Turoszowskie
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R104cxBcj4gH7
Węgiel Kamienny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy Węgiel Brunatny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy
Węgiel Kamienny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy Węgiel Brunatny Możliwe odpowiedzi: 1. Zagłębie Bełchatowskie, Konińskie i Turoszowskie., 2. Lubelskie Zagłębie Węglowe, Górnośląski Okręg Przemysłowy
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Antracyt, węgiel kamienny, węgiel brunatny i torf to odmiany węgli kopalnych, czyli mieszanin związków chemicznych o dużej procentowej zawartości węgla pierwiastkowego. Ich złoża powstawały miliony lat temu w gorącym, wilgotnym klimacie, w warunkach beztlenowych. Odmiany węgli kopalnych różnią się barwą (od lekko brunatnej do intensywnie czarnej), twardością, połyskiem, zawartością procentową pierwiastka węgla, co wynika ze stopnia uwęglenia (karbonizacji) materii organicznej.
1
Polecenie 3
R1XFCdqzSHMBN
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W języku angielskim obie te grupy substancji mają osobne nazwy.
Najstarszą geologicznie odmianą węgli kopalnych, o największej procentowej zawartości pierwiastka węgla (ponad ), jest szungit. Powstał w wyniku karbonizacji antracytu, ponad lat temu. Ma czarną barwę i charakteryzuje się intensywnym połyskiem. Jego nazwa pochodzi od miejscowości Szunga w północno–zachodniej Rosji.
RcX2d1fwLA455
Na zdjęciu przedstawiono szungit. Skała o barwie ciemnoszarej.
Zdjęcie szungitu w Muzeum Górnictwa w Nowej Rudzie
Źródło: Amrith.de, edycja: Krzysztof Jaworski, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
Każda z odmian węgli kopalnych ma znaczenie praktyczne. Torf, ze względu na zawartość humusu, jest stosowany głównie w rolnictwie i ogrodnictwie do nawożenia gleb, choć np. w Irlandii i Finlandii nadal bywa stosowany jako opał. W medycynie jest wykorzystywany do leczenia m.in. chorób reumatycznych oraz niektórych schorzeń narządów wewnętrznych (np. kąpiele borowinowe). Węgla brunatnego używa się jako źródła energii – przede wszystkim w elektrociepłowniach. Jego luźna i porowata struktura pozwala na zatrzymanie wody, dlatego po zmieleniu z powodzeniem można go wykorzystać również do pielęgnacji trawników i roślin ozdobnych czy hodowli grzybów, np. boczniaków. Antracyt jest stosowany na niewielką skalę, głównie w procesach uzdatniania wody i oczyszczania ścieków, do produkcji elektrod, a także jako opał do kominka.
Rujr7U35g1hmW
Na zdjęciu przedstawiono odłamek szungitu z widocznym przełamem muszlowym. Skała ma kolor ciemnoszary i błyszczącą powierzchnie.
Szungit — zawartość węgla pierwiastkowego wynosi .
Źródło: James St. John, dostępny w internecie: www.flickr.com, domena publiczna.
RKqkozGgVa2pd
Na ilustracji przedstawiono pięć kawałków antracytu o nieregularnych kształtach. Skała jest barwy ciemnoszarej, posiada metaliczny połysk.
Antracyt — zawartość węgla pierwiastkowego wynosi .
Źródło: Martin Shields, dostępny w internecie: https://fineartamerica.com, domena publiczna.
RiwTcVNbWKz4M
Na zdjęciu przedstawiono węgiel kamienny. Skała o barwie ciemnoszarej, posiada delikatny połysk.
Węgiel kamienny — zawartość węgla pierwiastkowego wynosi .
Źródło: Y.K. Liao, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.
R18vG6v7iwYY3
Na ilustracji przedstawiono węgiel kamienny. Skała ma nieregularny kształt, czarną barwę, nie posiada połysku.
Węgiel brunatny — zawartość węgla pierwiastkowego wynosi .
Źródło: James St. John, dostępny w internecie: https://www.flickr.com, domena publiczna.
R8OmfZljKraFh
Na zdjęciu przedstawiono kawałek torfu. Skała o barwie brązowej, matowa. Kształtem przypomina zlepioną kulę z błota.
Torf — zawartość węgla pierwiastkowego około .
Źródło: Luc84, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
iQpHERyRef_d5e269
Przetwarzanie węgla kamiennego
Węgiel kamienny może być wykorzystywany jako źródło energii w formie nieprzetworzonej. Spalanie całkowite węgla jest procesem egzoenergetycznym, co pozwala używać go jako materiału opałowego oraz zastosować w przemyśle.
Dużą część tego surowca poddaje się procesom przeróbki, w wyniku czego otrzymuje się wiele cennych substancji. Jednym z takich procesów, który przeprowadza się w koksowniach, jest pirogenizacja, zwana również pirolizą, koksowaniem, odgazowaniem czy też suchą destylacją węgla kamiennego. Surowiec ogrzewa się do temperatury około bez dostępu powietrza. W tych warunkach następuje jego rozkład.
Piroliza węgla kamiennego1
Doświadczenie 1
R1QxXy3i8FJAE
Problem badawczy:. Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj.
Hipoteza 1:
Hipoteza 2:
Twój wybór: (Wybierz: Hipoteza 1., Hipoteza 2.). Co będzie potrzebne:
;. Instrukcja:
1.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RJ0DZSJv0qLvK
Film przedstawia pirolizę węgla kamiennego. Zbadano zapach oraz palność gazu, który wydzielił się w wyniku doświadczenia.
Film przedstawia pirolizę węgla kamiennego. Zbadano zapach oraz palność gazu, który wydzielił się w wyniku doświadczenia.
Film pt.: „Piroliza węgla kamiennego"
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Film przedstawia pirolizę węgla kamiennego. Zbadano zapach oraz palność gazu, który wydzielił się w wyniku doświadczenia.
Problem badawczy:
Jakie substancje powstają w wyniku pirolizy węgla?
Hipoteza:
Węgiel kamienny zawiera wiele różnych substancji chemicznych.
Co było potrzebne:
węgiel kamienny;
palnik gazowy;
probówka z szyjką boczną;
korek z rurką odprowadzającą;
odbieralnik;
lejek;
szkiełko zegarkowe;
uniwersalne papierki wskaźnikowe.
Przebieg doświadczenia:
Zmontowano zestaw do ogrzewania, złożony z probówki z szyjką boczną, korka z rurką odprowadzająca i odbieralnika. Następnie do probówki dodano niewielką ilość rozdrobnionego węgla kamiennego. Zamknięto wylot korkiem z rurką odprowadzającą, a jej drugi koniec umieszczono w odbieralniku. Probówkę ogrzewano w płomieniu palnika gazowego. Gaz wydobywający się z rurki odbieralnika miał ostry, charakterystyczny zapach. Następnie do wylotu rurki odbieralnika przyłożono zapaloną zapałkę. Wydobywający się gaz uległ zapaleniu. W odbieralniku zebrała się ciemnobrązowa ciecz. Za pomocą uniwersalnego papierka wskaźnikowego zbadano pH cieczy, która zabarwiła go na zielono. W probówce pozostał czarny osad, podobny do koksu.
W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego otrzymano produkty stałe: koks, ciekłe: smołę węglową i wodę pogazową (amoniakalną), oraz gazowe: gaz koksowniczy (świetlny).
1
Polecenie 4
R1aqTgjDnlmBp
Obserwacje:
(Uzupełnij)
Wnioski:
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Obserwacje: Pamiętaj, że obserwacje to wszystkie zmiany, jakie jesteśmy w stanie zauważyć za pomocą zmysłów (wzroku, słuchu, dotyku oraz węchu).
Wnioski: Co wynika z obserwowanych przez Ciebie zmian? Nawiąż w swojej odpowiedzi do sformułowanego pytania w problemie badawczym.
Obserwacje: Gaz wydobywający się z rurki odbieralnika ma ostry, charakterystyczny zapach. W odbieralniku zbiera się ciemnobrązowa ciecz, która barwi na zielono uniwersalny papierek wskaźnikowy. W probówce pozostaje czarny osad, podobny do koksu.
Wnioski: W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego otrzymuje się produkty stałe: koks, ciekłe: smołę węglową i wodę pogazową (amoniakalną), oraz gazowe: gaz koksowniczy (świetlny). Ciemnobrązowa ciecz ma odczyn zasadowy.
1
Polecenie 4
RUbT9zIdO0ZlU
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
O jakim odczynie substancji świadczy zielone zabarwienie papierka wskaźnikowego?
Ciecz otrzymana podczas doświadczenia miała odczyn zasadowy.
W wyniku suchej destylacji węgla kamiennego otrzymuje się produkty stałe: koks, ciekłe: smołę węglową i wodę pogazową (amoniakalną), oraz gazowe: gaz koksowniczy (świetlny). Koks jest praktycznie czystym węglem z niewielką domieszką związków nieorganicznych. Ma porowatą strukturę. Charakteryzuje się dużą wartością opałową. Smoła węglowa jest mieszaniną wielu związków chemicznych, głównie organicznych. Ma postać czarnej, gęstej cieczy o charakterystycznym zapachu.
Destylacja frakcyjna smoły węglowej pozwala pozyskać szereg związków organicznych, które są cennymi surowcami dla przemysłu chemicznego. Pozostałość po destylacji smoły węglowej to, tak zwany, pak węglowy. Służy do otrzymywania smoły i lepiku dachowego oraz do brykietowania pyłu węglowego.
Woda pogazowa to wodny roztwór amoniaku i soli amonowych. Gaz koksowniczy jest mieszaniną wodoru, metanu, tlenku węgla(). Wszystkie produkty suchej destylacji węgla kamiennego mają szerokie zastosowanie.
R1DRWy02hPlvF
W centralnej części grafiki znajduje się wykres kołowy, przedstawiający skład węgla kamiennego, którego cztery fragmenty oznaczono różnymi kolorami. Dodatkowo, tło dookoła wykresu podzielono na cztery części i zakolorowano je na odpowiadające mu kolory. Na każdym fragmencie tła umieszczono zdjęcia ukazujące zastosowania poszczególnych produktów destylacji. Kolorem niebieskim oznaczono koks, jego zawartość procentowa wynosi od siedemdziesięciu do osiemdziesięciu procent. Zastosowania to: karbid, reduktor w wielkim piecu i elektrody węglowe. Kolorem czerwonym oznaczono gaz koksowniczy, a jego zawartość procentowa wynosi od czternastu do osiemnastu procent. Zastosowanie to źródło energii. Kolorem fioletowym oznaczono wodę pogazową, a jej zawartość procentowa wynosi od czterech do siedmiu procent. Zastosowanie to nawozy sztuczne. Kolorem pomarańczowym oznaczono smołę węglową, której zawartość procentowa wynosi od dwóch do pięciu procent. Zastosowania to: materiały wybuchowe, tworzywa sztuczne, leki, barwniki. W prawym dolnym rogu grafiki znajduje się schematyczna ilustracja wielkiego pieca. Na ilustracji wymieniono produkty procesu wielkopiecowego, są nimi: żużel, krzemiany oraz glinokrzemiany wapnia i magnezu oraz gazy wielkopiecowe. Wymieniono również surowce procesu wielkopiecowego: gorące powietrze oraz wsad: rudy żelaza, koks, topniki.
Zastosowanie produktów destylacji węgla kamiennego
Źródło: Tomorrow Sp. z o. o. , Koks Brennstoff (http://commons.wikimedia.org), Ralph Malan (https://www.flickr.com), Leiem (http://commons.wikimedia.org), Doug Beckers (https://www.flickr.com),金城 (http://commons.wikimedia.org), Emilian Robert Vicol (https://www.flickr.com), Meganbeckett27 (http://commons.wikimedia.org), Radomil (http://commons.wikimedia.org), Alex Proimos (http://commons.wikimedia.org), edward stojakovic (https://www.flickr.com), Steve Snodgrass (https://www.flickr.com), chee.hong (https://www.flickr.com), licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 5
RnIr4rKwPLLDq
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Jaka substancja powstaje po zneutralizowaniu wody pogazowej kwasem siarkowym()?
Ponieważ zawiera amoniak i jony amonowe, nadające charakterystyczny zapach. Substancje, które powstaje po zobojętnieniu wody pogazowej kwasem siarkowym(), to sól: siarczan() amonu i woda.
1
Polecenie 6
RPVP0Cks7aKDC
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Który produkt pirolizy jest mieszaniną wielu związków chemicznych?
Największe znaczenie ma smoła węglowa.
1
Polecenie 7
R1NOIazrrQsZt
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Który ze składników gazu koksowniczego charakteryzuje się szczególną toksycznością?
Był to tlenek węgla().
Ciekawostka
Na początku opracowano metodę produkcji syntetycznych paliw płynnych z węgla poprzez jego katalityczne uwodornienie. Metoda ta okazała się jednak nieopłacalna ze względu na dużo niższe koszty pozyskiwania benzyny z ropy naftowej. Obecnie, w obliczu wyczerpywania się złóż ropy naftowej i wzrostu ceny tego surowca, w niektórych krajach, jak w Chinach, Republice Południowej Afryki i Australii, technologia ta cieszy się rosnącą popularnością. Dzięki niej RPA pokrywa dzisiaj jedną trzecią swojego zapotrzebowania na paliwo. Ciekawym procesem przeróbki węgla kamiennego jest również jego zgazowanie, w wyniku którego otrzymuje się gaz syntezowy, czyli mieszaninę tlenku węgla() i wodoru. Jest on cennym surowcem do produkcji między innymi benzyny syntetycznej i metanolu. Obecnie jednak bardziej opłacalne jest pozyskiwanie gazu syntezowego z gazu ziemnego.
iQpHERyRef_d5e363
Zastosowanie węgla
1
Polecenie 8
Zapoznaj się z poniższym materiałem filmowym, a następnie wymień jak najwięcej zastosowań węgla pierwiastkowego, które zostały w tym materiale przedstawione.
RGipFb7evSLCt
Pokaz slajdów złożony ze zdjęć i z grafik przedstawiający zastosowanie węgla w różnych dziedzinach życia.
Pokaz slajdów złożony ze zdjęć i z grafik przedstawiający zastosowanie węgla w różnych dziedzinach życia.
Film pt. Zastosowanie węgla
Źródło: Detlef Thomas, Honza Groh (Jagro), ImGz, Steven Depolo, Sunghwan Yoon, Tomorrow Sp. z o.o., https://commons.wikimedia.org, https://www.flickr.com, licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: Detlef Thomas, Honza Groh (Jagro), ImGz, Steven Depolo, Sunghwan Yoon, Tomorrow Sp. z o.o., https://commons.wikimedia.org, https://www.flickr.com, licencja: CC BY-SA 3.0.
Pokaz slajdów złożony ze zdjęć i z grafik przedstawiający zastosowanie węgla w różnych dziedzinach życia.
RSmSiN6I6YEGf
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Czy w materiale wymienione zostały wyłącznie zastosowania węgla pierwiastkowego?
Ile z poniższych przykładów zastosowań węgla pierwiastkowego udało Ci się wymienić?
Węgiel jest stosowany:
jako surowiec opałowy;
do wyrobu biżuterii;
w medycynie do leczenia między innymi biegunek i usuwania toksyn (tzw. węgiel aktywowany (aktywny));
w filtrach (węglowych), wykorzystywanych do oczyszczania wody między innymi do picia;
w filtrach (węglowych) w okapach kuchennych do neutralizacji zapachów;
jako dodatek do mydła (odblokowuje pory).
Ropa naftowa
Ropa naftowa to paliwo kopalne, będące ciekłą mieszaniną węglowodorów (głównie alkanów), które występują w stałym, ciekłym i gazowym stanie skupienia. Do rozdzielenia ropy naftowej na składniki (tzw. frakcje) wykorzystuje się proces tzw. destylacji frakcjonowanej. Dzięki niemu otrzymuje się mieszaniny węglowodorów, których cząsteczki zbudowane są ze zbliżonej liczby atomów węgla (mają zbliżone temperatury wrzenia). Produktami przeprowadzanego w rafineriach procesu destylacji frakcjonowanej ropy naftowej, są między innymi:
Produkt destylacji ropy naftowej (frakcja)
Liczba atomów węgla w cząsteczkach węglowodorów wchodzących w skład mieszaniny będącej produktem destylacji ropy naftowej
gaz rafineryjny
benzyna
nafta
olej napędowy
mazut
(który nie uległ procesowi destylacji; jest pozostałością tego procesu)
Indeks górny Źródło: Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia, poziom podstawowy, Warszawa 2012, str. 53. Indeks górny koniecŹródło: Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia, poziom podstawowy, Warszawa 2012, str. 53.
R1Icu7hoFzTkH
Zdjęcie przedstawia widok rafinerii w Płocku. Na pierwszym planie widoczne są zielone korony drzew. Za nimi znajdują się cztery kominy, z których dwa pomalowane są na przemian w czerwone i białe poziome pasy. Trzeci komin jest beżowy, natomiast wokół czwartego znajduję się biało czerwone metalowe zbrojenie. Z czwartego komina wydobywa się żółty płomień. Po obu stronach kominów znajdują się dwa prostokątne budynki rafinerii.
Rafineria w Płocku – panorama. W rafinerii przeprowadza się proces destylacji frakcjonowanej ropy naftowej.
Źródło: Unfortunately Named, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 9
Zastanów się i odpowiedz na pytanie, w której z frakcji produktów destylacji ropy naftowej znajdują się węglowodory o najniższych, a w której o najwyższych temperaturach wrzenia?
R1FQLvRn8E5cx
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Zastanów się, w jaki sposób liczba atomów węgla w cząsteczkach węglowodorów wpływa na wartości ich temperatur wrzenia.
Węglowodory o najniższych temperaturach wrzenia tworzą gaz rafineryjny, a węglowodory o najwyższych temperaturach wrzenia wchodzą w skład mazutu.
Gaz ziemny
Gaz ziemny to także paliwo kopalne, ale jego głównym składnikiem jest metan. W składzie posiada także inne węglowodory o stosunkowo niewielkich masach cząsteczkowych, takie jak etan, propan oraz butan oraz inne związki organiczne i minerały.
Metan to najprostszy węglowodór, główny składnik gazu ziemnego. Jest gazem bezwonnym o gęstości mniejszej niż gęstość powietrza, słabo rozpuszczalnym w wodzie, dobrze rozpuszczalnym w rozpuszczalnikach organicznych. Metan jest gazem palnym. Produkty jego spalania zależą od ilości dostępnego tlenu. Przy ograniczonym dostępie tlenu w reakcji spalania powstaje sadza oraz para wodna. Gdy tlenu jest więcej, produktem reakcji – oprócz pary wodnej – jest trujący gaz, tlenek węgla(II) zwany czadem. Spalanie całkowite natomiast prowadzi do tlenku węgla(IV) i wody. Metan należy do gazów cieplarnianych.
Ilustracja przedstawia kartkę papieru leżącą na drewnianym biurku. Po prawej leży również cienkopis. Na kartce widać nagłówek: „Zmiany stężenia metanu w atmosferze”. Poniżej znajdują się dwie mapy świata. Pierwsza pokazuje stężenie metanu w atmosferze na świecie w latach 2003‑2005, a druga stężenie metanu w atmosferze na świecie w latach 2008‑2010. Chłodniejsze kolory (odcienie niebieskiego) oznaczają niską zawartość metanu, cieplejsze kolory (odcienie czerwonego) odznaczają wysoką zawartość metanu. Z map wynika, że w przeciągu pięciu lat nastąpił znaczny wzrost zawartości metanu.
R1dyEtOmZg9OQ1
Ilustracja przedstawia kartkę papieru leżącą na drewnianym biurku. Po prawej leży również cienkopis. Na kartce widać trzy tabelki podpisane kolejno: „Przykładowy skład procentowy gazu ziemnego (różni się w zależności od miejsca wydobycia)”, „Przykładowy skład procentowy biogazu (skład biogazu silnie uzależniony jest od rodzaju biogazu z jakiego został wytworzony)”, „Przykładowy skład procentowy gazu łupkowego (różni się w zależności od miejsca wydobycia”. Pierwsza tabelka przedstawia skład gazu ziemnego, wyszczególniając gaz suchy i gaz mokry. Druga tabelka przedstawia skład biogazu, uwzględniając gaz błotny. Trzecia tabelka przedstawia skład gazu łupkowego.
Źródło: Eduexpert Sp. z o.o. / Evaco Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
R13crtkNMYDBS1
Ilustracja przedstawia kartkę papieru leżącą na drewnianym biurku. Po prawej stronie biurka leży również cienkopis. Na kartce widać nagłówek: „Najważniejsze źródła antropogenicznych emisji metanu według piątego raportu IPCC, 2013 ESU”. Poniżej znajduje się wykres kołowy z wyszczególnionymi wartościami. Po prawej stronie znajduje się legenda z wymienionymi sześcioma źródłami emisji metanu: produkcja i użycie paliw kopalnych, hodowla zwierząt, wysypiska i składowiska odpadów, spalanie biomasy, uprawa ryżu, produkcja i użycie biopaliw. Według wykresu największym źródłem emisji metanu jest produkcja i użycie paliw kopalnych, które wynoszą 32% wszystkich źródeł emisji metanu. Kolejna na liście jest hodowla zwierząt, która stanowi 28% wszystkich źródeł. Jako trzecie w zestawieniu największych źródeł metanu są wysypiska i składowiska odpadów wynoszące 16% zestawienia. Następne jest spalanie biomasy, które wynosi 11 % spośród wszystkich źródeł emisji metanu. Następna jest uprawa ryżu, która wynosi 9% zestawienia. Ostatnie miejsce zajmuje produkcja i użycie biopaliw, która wynosi 4% wszystkich źródeł emisji metanu.
Źródło: Eduexpert Sp. z o.o. / Evaco Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
RYl4KYHKUp706
Na ekranie pokazany jest panel sterowania z aktywnymi klawiszami do odtwarzania zawartości audiobooka. W części górnej części znajdują się trzy klawisze. Pierwszy od lewej „Widok” umożliwia przełączenie między odtwarzaczem dźwiękowym audiobooka oznaczonym jako „Odtwarzacz” na liście wyboru a podglądem treści audiobooka oznaczonym jako „Tekst”. Odtwarzacz dźwiękowy oznaczony jako „Odtwarzacz” przedstawia żółty pasek, na którym podczas odtwarzania pojawia się tekst. Widok „Tekst” prezentuje pełny tekst pojawiający się w nagraniu. Widok „Dynamiczny” stanowi połączenie widoku „Odtwarzacz” i „Tekst". Klawisz środkowy „Książka” umożliwia nawigację po treści audiobooka. Klawisz trzeci od lewej „Więcej” – zawiera informacje o programie. Poniżej oddzielony linią znajduje się panel sterowania odtwarzacza nagrania. Poniżej panelu sterowania znajduje się żółty pasek, na którym w trakcie odtwarzania pokazywany jest tekst nagrania.
Na ekranie pokazany jest panel sterowania z aktywnymi klawiszami do odtwarzania zawartości audiobooka. W części górnej części znajdują się trzy klawisze. Pierwszy od lewej „Widok” umożliwia przełączenie między odtwarzaczem dźwiękowym audiobooka oznaczonym jako „Odtwarzacz” na liście wyboru a podglądem treści audiobooka oznaczonym jako „Tekst”. Odtwarzacz dźwiękowy oznaczony jako „Odtwarzacz” przedstawia żółty pasek, na którym podczas odtwarzania pojawia się tekst. Widok „Tekst” prezentuje pełny tekst pojawiający się w nagraniu. Widok „Dynamiczny” stanowi połączenie widoku „Odtwarzacz” i „Tekst". Klawisz środkowy „Książka” umożliwia nawigację po treści audiobooka. Klawisz trzeci od lewej „Więcej” – zawiera informacje o programie. Poniżej oddzielony linią znajduje się panel sterowania odtwarzacza nagrania. Poniżej panelu sterowania znajduje się żółty pasek, na którym w trakcie odtwarzania pokazywany jest tekst nagrania.
Źródło: Eduexpert Sp. z o.o. / Evaco Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
Polecenie 10
Przeanalizuj mapę i wyjaśnij, dlaczego teoretycznie na całej kuli ziemskiej grozi nam megatsunami i znaczący skok temperatury atmosfery.
RiK2EGDlhvoyC1
W ramce zamieszczono polecenie 1. Treść polecenia jest następująca: „Przeanalizuj mapę i wyjaśnij, dlaczego teoretycznie na całej kuli ziemskiej grozi nam megatsunami i znaczący skok temperatury atmosfery”. Arkusz zawiera tytuł: „Światowe złoża klatratów metanowych”. Arkusz przedstawia mapę świata w kolorze zielonym oraz zaznaczone na niej punkty w kolorach niebieskim i różowym. Niebieskie pinezki oznaczają złoża znane, a różowe złoża przewidywane. Ponadto, na różowo zaznaczona jest Alaska z podpisem: „zasoby pomiędzy 0,7 a 4,4 tryliona metrów sześciennych klatratu metanowego”, a także Japonia z podpisem: „zasoby 50 trylionów metrów sześciennych klatratów metanowych”.
Źródło: Eduexpert Sp. z o.o. / Evaco Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
Polecenie 11
Przygotuj schemat produkcji metanu w procesie beztlenowej fermentacji materii organicznej.
Polecenie 12
Metan to główny składnik biogazu. Stanowi 50‑70% jego objętości. Podaj, jakie są jeszcze inne składniki biogazu i krótko je scharakteryzuj.
Przykładowe rozwiązania poleceń:
Polecenie 1.
Praktycznie na całej kuli ziemskiej występują złoża hydratów gazowych (klatratów metanu). Klatraty metanu to metan w głębinach oceanicznych. W połączeniu z powietrzem lub tlenem metan tworzy mieszaniny wybuchowe. Nagromadzony na dnie oceanów metan, który zostałby gwałtownie uwolniony i wraz z tym połączyłby się z tlenem lub powietrzem, mógłby doprowadzić do katastrofy: megatsunami, czyli ogromnej fali oceanicznej, oraz wysokiej emisji do atmosfery pyłów i pary wodnej.
Schemat produkcji metanu w warunkach beztlenowych jest wielofazowy. Na początku procesu dochodzi do rozkładu związków organicznych (np. węglowodanów, białek, tłuszczów). Następnie zachodzi rozkład substacji przez bakterie beztlenowe, w wyniku czego powstają kwasy organiczne (np. kwas octowy) lub wodór i dwutlenek węgla. Potem następuje ich przemiana do metanu i dwutlenku węgla. Proces ten można przedstawić tak, jak na załączonym poniżej schemacie.
Pozostałe składniki biogazu to: dwutlenek węgla, azot, wodór, siarkowodór, tlen.
Dwutlenek węgla – produkt spalania i oddychania. Jest wydychany przez zwierzęta i wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. Powstaje w efekcie całkowitego spalania węgla lub rozkładu węglanów. Występuje w atmosferze i hydrosferze.
Azot – główny składnik powietrza (78,09& objętości). Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy(V) oraz innych związków organicznych (m.in. kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych).
Wodór – najbardziej rozpowszechniony pierwiastek chemiczny we Wszechświecie i również często występujący wśród pierwiastków na Ziemi. Łatwo tworzy związki chemiczne z niemetalami, dlatego większość wodoru na Ziemi występuje w formie wody albo związków organicznych.
Siarkowodór – związek nieorganiczny łączący siarkę i wodór. To bezbarwny, palny gaz o charakterystycznym, silnym zapachu. Jest silnie trujący.
Tlen – najbardziej rozpowszechniony pierwiastek na Ziemi. Stanowi 20,95% objętości w atmosferze ziemskiej. Występuje w postaci cząstek dwuatomowych OIndeks dolny 22 oraz trójatomowych jako ozon (OIndeks dolny 33).
Wosk pszczeli zawiera około masowych różnych alkanów – liczba atomów węgla w cząsteczce najcięższego z alkanów, wchodzącego w skład wosku pszczelego, wynosi . W skórkach jabłek znajdują się alkany, których cząsteczki utworzone są z i atomów węgla. Tkanki roślinne zawierają niewielkie ilości etenu.
bg‑gold
Notatnik
R17TY7A3VUjRk
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.