Въглерод - характеристики на елемента и химични свойства. Глобален въглероден цикъл Общ органичен въглерод във водата
Скот Стегенборг, Държавен университет в Канзас, САЩ
Въглеродът е основният структурен елемент на всички живи същества. Въглеродът присъства в атмосферата, растителните и животинските тъкани, неживата органична материя, изкопаемите горива, скалите и е разтворен в океанските води. В растежа на растенията и изобщо в нашия живот присъствието му заема важно място. Всичко започва от корена и ако расте в почва с недостиг на въглерод, тогава ситуацията трябва да се вземе под специален контрол, в противен случай... Всичко влияе на количеството въглерод в почвата, дори обработката на почвата.
Почвен органичен въглерод
Преходът на въглеродните молекули от една форма в друга е известен като въглероден цикъл (Фигура 1). Растенията получават въглерод от атмосферата, който участва в процеса на фотосинтеза. Използвайки енергия от слънцето и въглероден диоксид (CO2) от атмосферата, растенията превръщат CO2 в органичен въглерод, който насърчава растежа на стъблата, листата и корените. Резултатът от жизнения цикъл и смъртта на растенията е натрупването и разлагането на растителна тъкан както на повърхността на почвата, така и под нея (корените на растенията) и производството на значителни количества почвен органичен въглерод.
Почвите се различават по количеството на почвения органичен въглерод, който съдържат, вариращо от по-малко от 1% в песъчливите почви до повече от 20% във влажните почви. Естествените нива на почвен органичен въглерод в почвите на Канзас варират от 1-4%. Днес повечето земеделски земи в Канзас имат нива на органичен въглерод между 0,5% и 2%.
Фиг. 1. Съвременен въглероден цикъл. Всички цифри са изразени в гигатони и гигатони на година.
В Канзас прерийните треви допринесоха за образуването на дебел, плодороден слой почва. Корените на тези и други видове зърнени култури са влакнести. Те могат да проникнат на голяма дълбочина, произвеждайки значителна част от биомасата си под земята. Следователно, високите нива на органичен въглерод в почвите под естествените пасища се срещат на дълбочина до няколко сантиметра. Черният цвят, който се свързва с плодородието на почвата, е индикатор за съдържанието на органичен въглерод. Тъй като съдържанието на органичен въглерод намалява, цветът на почвата става по-светъл и отразява нейния минерален състав. По този начин червеният цвят на почвите в югоизточен Канзас и североизточна Оклахома е индикатор за по-високи концентрации на желязо и по-ниско съдържание на въглерод в почвата. В почвите, които се образуват под горите, високи нива на почвен органичен въглерод обикновено се намират в горния слой, с по-ниски нива в по-дълбоките слоеве. Тази разлика се дължи преди всичко на натрупването на паднали листа, както и на клони от храсти и дървета върху повърхността на почвата.
Атмосферен въглерод
Използвайки данни от ледено ядро и дългосрочно наблюдение на нивата на CO2 в атмосферата, учените откриха значителни колебания в нивата на CO2 в атмосферата за 200 000 години. През последните 1000 години съдържанието на CO2 в атмосферата се е увеличило значително (фиг. 2). Днес (2000 г.) нивата на CO2 са приблизително 369 mg/l, по-високи от всякога през последното хилядолетие. Най-важното е, че тези безпрецедентни темпове на растеж са толкова големи, че екосистемата може да не е в състояние да се адаптира към тях. Това увеличение на CO2 се дължи на увеличеното използване на изкопаеми горива, разчистване на земя и промени в земеползването, настъпващи по света. Най-значимият фактор, който причинява увеличаването на CO2 в атмосферата, е използването на изкопаеми горива. При сегашните темпове на този процес, възлизащи на 1 трлн. кг, запасите от изкопаеми горива ще бъдат изчерпани през следващите 300-400 години. Тъй като използването на изкопаеми горива се увеличава, въглеродът, който е бил извън цикъла в продължение на милиони години, се освобождава директно в атмосферата. С течение на времето атмосферният въглерод ще се преобразува обратно в органичен въглерод или ще бъде освободен в океана и ще бъде постигнат нов баланс, но този процес може да отнеме хиляди години. В близко бъдеще „новият“ въглерод ще остане в атмосферата под формата на CO2. Въз основа на настоящите атмосферни модели може да се заключи, че пълното използване на запасите от изкопаеми горива ще увеличи концентрациите на CO2 в атмосферата до пик от около 1200 mg/l. Някои учени смятат, че тези концентрации ще бъдат още по-високи. Това увеличение на нивата на CO2 накара много учени да спекулират, че средните глобални температури ще започнат да се повишават. В популярната преса този процес се нарича глобално затопляне. Така наречените парникови газове - CO2, метан (CH4) и азотен оксид (N2O), които се съдържат в атмосферата, спомагат за задържането на топлината, която по правило се отразява от земната повърхност. При по-високи концентрации на тези газове топлината може да не се отделя, което води до по-високи глобални температури. В момента промените в глобалните температури не са значителни и няма определени тенденции към това, но промените в нивата на CO2 са напълно документирани и приети от повечето учени.
Какво може да се направи, за да се забави увеличаването на нивата на CO2? Ако помислим откъде идва CO2 и къде отива, най-очевидното решение е да го намалим чрез намаляване на използването на изкопаеми горива. Това ще намали навлизането на CO2 в атмосферата. С течение на времето ще са необходими по-ефективни и по-чисти енергийни източници, но настоящата икономика на използването на изкопаеми горива ограничава приемането и развитието на алтернативни източници. В бъдеще, докато разработваме алтернативни енергийни технологии, масовото използване на въглеродни поглътители може да помогне за стабилизиране на нивата на CO2 в атмосферата. Описанието на световните въглеродни запаси (фиг. 1) показва, че въглеродните натрупвания в дълбокия океан са основният резерв, но промените могат да отнемат милиони години. Освен това способността ни да управляваме този резерв е ограничена. Следващият по големина запас е органичният въглерод в почвата. Количеството органичен въглерод в почвата е два пъти повече от количеството въглерод, съдържащ се в растителната биомаса (растения, дървета, култури, треви и др.). Един от начините за стабилизиране на атмосферния въглерод би бил прилагането на технологии по целия свят, които помагат за увеличаване на въглерода в почвата. Колко въглерод може да побере почвата в Канзас? Въпросът е прост, но няма прост отговор. Потенциалът за натрупване на този тип почва зависи от нивото на въглерод в почвата в момента, концентрацията на CO2 в атмосферата и използваните земеделски практики. В много почви в Канзас значителната загуба на горния почвен слой поради ерозия и екстензивна обработка на почвата е намалила въглеродните нива до повече от половината от първоначалните им нива. При правилно управление съдържанието на органичен въглерод в много почви може да се увеличи. Загубите на въглерод в почвата, настъпили през първата половина на 20-ти век, бяха частично компенсирани през втората половина с подобрения в технологиите за опазване и интензификация на земеделските системи (фиг. 3). Правилното торене и отглеждането на подобрени хибриди и сортове също играе роля в натрупването на органичен въглерод в почвата. По-високите добиви и интензитетът на отглеждане увеличават количеството биомаса, което прониква в почвата, осигурявайки повече материал, който може да бъде превърнат във въглерод в почвата. На фиг. Фигура 3 показва прогнози за нивата на въглерод в почвата в зависимост от нивото на технологията без обработка за 1990 г. В почви, които се управляват без обработка и използват интензивни системи за отглеждане, съдържанието на въглерод в почвата може да се увеличи с 1% на година. В момента 10% от земеделската земя в Канзас (обща площ от 8,2 милиона хектара) не се обработват и тази площ трябва да отделя допълнителни 19 000 тона въглерод на година. С увеличеното използване на технология без обработка и използването на интензивни системи за отглеждане на култури, въглеродът ще бъде усвоен в големи количества. Няма потенциален световен вариант за използване на почвата като въглероден поглътител и остава краткосрочно решение. След известен период от време, може би 30-50 години, ще бъде достигнато ново ниво на CO2 баланс в почвата, при което по-нататъшното натрупване на въглерод ще бъде трудно постижимо. По-дългосрочно решение за стабилизиране на нивата на CO2 в атмосферата може да бъде намаляването на зависимостта ни от изкопаемите горива за енергия.
Улавяне на въглерод: 9 най-задавани въпроса
1. Какво се разбира под поглъщане на въглерод?
Поглъщането на въглерод обикновено е процес на трансформиране на въглерод във въздуха (въглероден диоксид или CO2) във въглерод в почвата. Въглеродният диоксид се абсорбира от растенията по време на фотосинтезата и също се абсорбира от живите растения. Когато едно растение умре, въглеродът, който е бил в листата, стъблото и корените, навлиза в почвата и се превръща в почвена органична материя.
2. Как улавянето на въглерод може да помогне за премахване на глобалното затопляне?
Атмосферният въглероден диоксид и други парникови газове улавят топлината, която излиза от земната повърхност. Това натрупване на топлина може да доведе до глобално затопляне. Чрез поглъщане на въглерод нивата на въглероден диоксид в атмосферата се намаляват и нивата на органична материя в почвата се повишават. Ако органичният въглерод в почвата се остави необезпокояван, той може да остане в почвата в продължение на много години като стабилна органична материя. Този въглерод се изолира по-късно или се премества в склад, за да стане достъпен за рециклиране в атмосферата. Този процес намалява нивата на CO2, както и възможността за глобално затопляне.
3. Какъв ефект може да има улавянето на въглерод върху парниковите газове?
Установено е, че е възможно да се намалят емисиите на CO2 с 20% или повече чрез улавяне на въглерод в селскостопанска почва.
4. Какво могат да направят фермерите, за да подобрят улавянето на въглерод?
Има няколко начина да постигнете това:
— без обработка или минимална обработка на почвата;
— интензивно увеличаване на сеитбообръщението и изключване на лятната угар;
— буферни зони;
— мерки за опазване на природата, които ще помогнат за намаляване на ерозията;
- използването на култури, които произвеждат много остатъци (царевица, сорго и пшеница);
— използване на покривни култури;
— подбор на видове и хибриди, които съхраняват повече въглерод.
5. Какво могат да направят фермерите, за да подобрят улавянето на въглерод?
Фермерите могат да увеличат улавянето на въглерод чрез:
— подобряване на качеството на фуража;
— поддържане на достатъчно количество растителни остатъци;
— намаляване на прекомерната паша.
6. Ще бъдат ли възнаградени земеделските работници за улавяне на въглерод?
Може би ще бъде създадена търговска система за предоставяне на заеми на фермери, които увеличават улавянето на въглерод. Възможно е също така правителството да въведе някои стимули за производителите, за да насърчи улавянето на въглерод. Но дори и да няма плащания, фермерите ще видят положителен ефект от прилагането на методи за увеличаване на органичното вещество в почвата:
— подобряване на структурата и качеството на почвата;
— повишаване на плодородието на почвата чрез увеличаване на органичните вещества;
— намаляване на ерозията поради подобрена структура на почвата;
- подобрено качество на водата поради намалена ерозия.
7. Какво представлява почвената органична материя, откъде идва и къде отива?
Органичната материя в почвата се състои от изгнили растителни и животински отпадъци. Те позволяват на почвените минерални частици да се агрегират в бучки, наречени почвени агрегати. Увеличаването на нивата на органична материя в почвата води до установяване на по-стабилни почвени агрегати, които са по-устойчиви на ветрова ерозия, по-добра инфилтрация и аерация, намалена вероятност от уплътняване и повишено плодородие. Органичната материя помага да се задържат хранителните вещества в почвата, така че да не се отмиват или излугват. Ако се остави необезпокоявано, органичното вещество в почвата може да се превърне в хумус, много стабилна форма на органично вещество. Въпреки това, ако почвата се обработва, органичната материя в почвата ще се окисли и въглеродът ще се разтвори в атмосферата като CO2. Ако почвата е ерозирала, почвената органична материя ще бъде отмита от водата.
8. Какво влияе върху нивата на органична материя в почвата?
Естествените нива на почвената органична материя за всяко дадено местоположение в повечето случаи се определят от географската ширина, както и от годишните нива на валежите. Естествените нива на почвената органична материя ще се увеличават, докато се движите от север на юг от екватора. В Големите равнини нивата на органична материя се увеличават от запад на изток въз основа на валежите. Управлението може да промени нивата на органична материя в почвата. Като цяло, с увеличаване на интензитета на отглеждане на култури, нивата на органична материя в почвата се увеличават. С увеличаването на честотата на механичната обработка на почвата нивата на почвената органична материя намаляват. За производителите от Канзас no-till и no steam са предоставили най-големия потенциал за постигане на тази цел.
9. Какво прави Канзас, за да увеличи улавянето на въглерод?
Учените от щата Канзас работят за разработването на по-добри практики за управление, които ще подобрят улавянето на въглерод. Провеждат се изследвания за тестване на ефектите от механичната обработка на почвата, различните сеитбообороти, практиките за опазване на почвата и практиките за управление на въглерода в почвата.
Наръчник на химика 21
Общ органичен въглерод
Сосу Общ органичен въглерод (800° C) 200 35
DuPont (Канада) разработи нов процес за пречистване на концентрирани отпадъчни води, богати на азотсъдържащи съединения за производството на найлонови междинни продукти - адипинова киселина и хексаметилен-диамин. чрез биологична нитрификация - деитрификация. Разработеният процес осигурява комбинация от аеробно и анаеробно окисление. Нитрификацията протича при аеробни условия в присъствието на въглероден диоксид. Освен това аминовият и амонячният азот се биоокисляват до нитрити и нитрати. Денитрификацията протича при анаеробни условия в среда на биоразградим продукт (обикновено метанол). При този процес нитратите се редуцират до нитрити и в крайна сметка до азотен газ. Постъпващите в пречистване отпадъчни води са със следните характеристики: общо съдържание на органичен въглерод - 3000 mg/l NO2. N0 3, NH4+ по отношение на азот, съответно 800, 90 и 230 mg/l, органичен азот по отношение на азот -240 mg/l, БПК -6000 mg/l. Процесът премахва 98% от органичните вещества и 80-90% от общия азот от отпадъчните води.
Нека обърнем внимание на значенията на символите в уравнение (4.2): C е концентрацията (в единици ХПК, БПК, азот, общ органичен въглерод и др.), Gu,z или Gx,z е скоростта на реакцията. Единиците за измерване на това количество се определят от единиците за концентрация и обем Va. Ако използваме параметъра Gx,i, тогава X2 е концентрацията на активната утайка.
Разработеният процес осигурява комбинация от аеробно и анаеробно окисление. Нитрификацията протича при аеробни условия в присъствието на въглероден диоксид, а аминовият и амонячният азот се биоокисляват до нитрити и нитрати. Денитрификацията протича при анаеробни условия в биоразградим продукт (обикновено метанол). Това редуцира нитратите до нитрити и в крайна сметка до азотен газ. Отпадъчните води, постъпващи за пречистване, са със следните характеристики: общ органичен въглерод - 3000 mg/l БПК - 6000 mg/l N0. N03, NH като азот са съответно 800, 90 и 230 mg/l; органичният азот като азот е 240 mg/l. Процесът може да премахне 98% от БПК и 80-90% от общия азот от отпадъчните води.
Следователно те са необходими количества при определяне на общия санитарен показател за вредност. за които е стандартизирано приблизително 15% от общото количество регулирани вещества, са такива общи показатели за качеството на водата като биохимична и химична консумация на кислород и съдържание на общ органичен въглерод.
Общ органичен въглерод (TOC)
Летливи органични съединения. като бензен, толуен, циклохексан и хлороформ могат да се изпарят при десорбция на въглероден диоксид. Общият органичен въглерод в този случай трябва да се определи отделно; ако това не е възможно, трябва да се използва друг метод.
Общ органичен въглерод, mg/l 1LZ 2.5
Общ органичен въглерод в mg/i
ISE - pon-селективни електроди AAS - атомна адсорбционна спектрометрия TOC - общ органичен въглерод IC - йонна хроматография.
Общ органичен въглерод, g S/m Соу 250 180 110 70
Например пречиствателната станция в езерото Тахо се състои от химически миксер, флокулатор и утаителен резервоар, амонячна вентилационна кула, рекарбонизаторен басейн и утаителен резервоар и филтри със смесено натоварване. адсорбционна инсталация. пълни с въглища и хлорираща инсталация. Данни за качеството на водата. изследвани в продължение на 18 месеца са представени в табл. 8.4. Съотношението на съдържанието на органичен азот и общ органичен въглерод е 0,22-0,25 при pH = 8 и равновесна концентрация от 1 до 6 mg/l. При сравняване на тези данни с графики на зависимостта на стойността на адсорбция от съотношението на органичния азот към TOC (виж фиг. 8.4), става очевидно, че адсорбцията с активен въглен е доста ефективна за пречистване на водата от органични вещества. За сравнение в табл. Фигура 8.4 представя аналитичните параметри на водите, осигурени от пречиствателната станция Windhoek в югозападна Африка. който е предназначен за повторно използване на промишлени отпадъчни води с последващо физично и химично третиране. Отпадъчни води. влизащи в адсорбционния блок. бяха качествено същите като в станцията South Tahoe и в двата случая активният въглен почти напълно отстрани органичния азот от отпадъчните води. Други данни, дадени в табл. 8.4 може да бъде свързано с резултатите от органично отстраняване поради липсата на необходимата информация за COD и TOC. Ето защо
Готови химични реактиви с висока чистота са получени от търговски компании доставчици и използвани без допълнително пречистване. Първоначалните разтвори на адсорбатите се приготвят с дестилирана вода, която предварително е преминала през дейонизатор и филтър с активен въглен. Изходните разтвори се анализират периодично с помощта на анализатор за общ органичен въглерод Beckman-915. Експериментите с адсорбция започват 4 часа след приготвянето на първоначалните разтвори. В повечето експерименти към първоначалните разтвори се добавя 0,05 М разтвор на фосфатен буфер, за да се намалят флуктуациите на pH.
В непречистени отпадъчни води (органични вещества 300-400 mg/l по отношение на общия органичен въглерод), тестовете са проведени при pH - 4-6 и температура 70-90°C. Тестовете показват, че въглеродната стомана St-Z не е устойчива, тя е обект на точкова корозия със скорост от 1,95 g/m час.
Установено е, че дилимът (диетил ер диетил гликол), съдържащ се в отпадъчните води от производството на SK, може да бъде неутрализиран от озон до нивото на CDK. Въпреки факта, че след озониране ХПК на водата леко намалява, водата лесно се подлага на биологично третиране (Таблица 10). Изходната вода е със следните показатели ХПК - 225 mg/l БИКц дс ХПК - 26 pH - 5 общ органичен въглерод (TOC) - 67 mg/l.
Общият органичен въглерод (TOC) е количеството въглерод. Криза във водата в тази част от органичната материя, която е разтворена или суспендирана във вода.
Влиянието на повишените температури върху прехода на органични вещества от скали към водни разтвори е изследвано и от И. Г. Кисин. Е. А. Барс и др. Експериментите са проведени в продължение на 7 часа при температури от 20, 100, 150, 200 и 250 ° C с глина и кал от дълбоки кладенци в Централен Кавказ. Скалите са обработени с дестилирана вода и разтвор на натриев хлорид с концентрация на сол 97 g/l. Експериментите показват, че при температура 20° C 11 mg Corg преминават във водата от глината. на 100 g скала и 24 mg Corg в солевия разтвор. на 100 г скала. В същото време много малко въглерод от битумната фракция преминава както в бидестилата, така и в разтвора (по-малко от 1 mg на 100 g скала). С повишаване на температурата от 20 до 150 ° C съдържанието на органичен въглерод на 100 g скала се променя в малка степен и се увеличава значително само при температура от 200 ° C - във вода до 20,8 mg и в разтвор до 33,8 mg . Съдържанието на въглерод в битумната фракция последователно нараства за дестилирана вода до 7 mg на 100 g скала (при 250 ° C), а за разтвора до 4 mg на 100 g скала (при 150 ° C). Експериментите с аргилит показват, че повишаването на температурата не влияе на добива на общия органичен въглерод и увеличение на количеството въглерод в битумната фракция се наблюдава едва след 150° C.
(a. organic carbon; n. organischer Kohlenstoff; f. carbone organique; i. carbono organico) - въглерод, който е част от органичния. вещества от атмосферата, хидросферата и планината. породи Има биогенен характер. Macca Corg в земната кора достига 7B·* 1015 t, вкл. в седиментни скали - 5B * 1015 тона се определя химически, газометрично. и кулонометричен (автоматични анализатори) методи. По време на процеса на катагенеза съдържанието на Corg в скалите намалява (с 30-40% до края на апокатагенезата) и неговият дял в органичната материя. вещество се увеличава (от 70% на етапа на протокатагенезата до 80% в мезокатагенезата и 90% в апокатагенезата). В графит и графитиран органичен. вещество достига 99%. В рамките на един етап от катагенезата съдържанието на C в органичната материя. вещества и стойността на параметъра H/Cat служат като индикатори за вида органични. вещества в същия вид органични. субстанция - нейното ниво на зрялост. Количеството Corg е важен индикатор за потенциала на скалите за източник на нефт и газ. Съставен от концентриран органичен. O. y, съдържащи се в количества от 85-87% (в масла), 58-90% (във въглища). Брой O.y. във въглищата е един от показателите за степента на техния метаморфизъм.
Е. С. Ларская.
Вижте стойността Органичен въглеродв други речници
въглерод- и т.н. виж въглища.
Обяснителен речник на Дал
въглерод— въглерод, m. Химичен елемент, който е най-важният компонент на всички органични вещества в природата.
Обяснителен речник на Ушаков
Organic Adj.— 1. Съотносим по значение. със съществително: организъм (1), свързан с него. // Притежаващ жизнен принцип. 2. Принадлежност към растителния или животински свят. 3. Корелативни по значение. с ........
Обяснителен речник на Ефремова
въглерод М.— 1. Химичен елемент, най-важната съставна част на всички органични вещества в природата.
Обяснителен речник на Ефремова
Био- органичен, органичен (от гръцки organikos) (книга). 1. Прил. към организма в 1 стойност; притежаващ жив принцип (научен). Органичен живот на земята. 2. Принадлежност към растението........
Обяснителен речник на Ушаков
въглерод- -А; м. Химичен елемент (С), най-важният компонент на всички органични вещества в природата. Въглеродни атоми. Процентно съдържание на въглерод. Животът е невъзможен без въглерод.........
Обяснителен речник на Кузнецов
въглерод— Името на този химичен елемент се дължи на факта, че той присъства в големи количества във висококачествени въглища, тази характеристика е в основата на неговото име......
Етимологичен речник на Крилов
Органичен закон (органично законодателство)— - 1) в редица страни от романската правна система (Франция, Испания, Португалия) закон със специален статут, който заема гранична позиция между конституционния и ........
Юридически речник
Органична хиперкинеза— (h. organica) G. с промяна в мускулния тонус, наблюдавана при органични лезии на мозъка, главно на стриопалидната система.
Голям медицински речник
въглерод- (символ C), широко разпространен неметален елемент от четвърта група на периодичната таблица. образува огромен брой съединения, които заедно с въглеводородите........
Научно-технически енциклопедичен речник
Органична парализа— (p. organica) P., причинени от морфологични промени в нервната система.
Голям медицински речник
Органична психоза— (p. organica) П. причинени от увреждане на мозъчната тъкан; се проявява предимно чрез екзогенни видове реакции, преходни синдроми, намаляване на нивото на личността или деменция.
Голям медицински речник
Органичен психосиндром— (psychosyndromum organicum; синоним: церебрален дифузен психосиндром, психоорганичен синдром) съвкупност от психични разстройства (загуба на паметта, нарушения в ориентацията, мисленето......
Голям медицински речник
Амнестично-органичен синдром- (syndromum amnesticum organicum) комбинация от тежко увреждане на паметта, главно за текущи събития, с дезориентация във времето и околната среда, както и с конфабулации;......
Голям медицински речник
въглерод- (Carboneum; O химичен елемент от IV група на периодичната система на Д.И. Менделеев; под номер 6, при. тегло (маса) 12,011; е структурната основа на участващите органични съединения.......
Голям медицински речник
Радиоактивен въглерод- общото наименование на група радиоактивни изотопи на въглерода с масови числа от 9 до 15 и период на полуразпад от 0,46 секунди. до 5730 години; отделни изотопи се използват в биомедицината........
Голям медицински речник
Органичен свят- съвкупност от организми, обитаващи биосферата на Земята.
Основен органичен синтез- (тежък органичен синтез) - промишлено, широкомащабно производство на органични вещества. Основни източници на суровини: нефт, естествени запалими газове, свързан нефт......
Голям енциклопедичен речник
Органичен сърдечен шум- (m. cardiacum organicum) Sh.s., причинени от наличието на морфологични промени в клапите на неговите клапи, сухожилни хорди, папиларни мускули, наличие на кръвни съсиреци в кухините на сърцето, аневризми..... .
Голям медицински речник
Черен въглерод- (сажди) - черен дисперсен продукт, образуван в резултат на непълно изгаряне или термично разлагане на въглеводороди. Състои се от сферични частици (размер........
Голям енциклопедичен речник
Фин органичен синтез— промишлено многоетапно нискотонажно производство на органични вещества. Продукти от фин органичен синтез: лекарства, пестициди и други........
Голям енциклопедичен речник
Тежък органичен синтез- същото като основния органичен синтез.
Голям енциклопедичен речник
въглерод- (лат. Carboneum) - С, химикал. елемент от IV група на периодичната система на Менделеев, атомен номер 6, атомна маса 12.011. Основните кристални модификации са диамант и графит.
Голям енциклопедичен речник
Тетрахлорметан— (тетрахлорметан - перхлорометан), CCl4, безцветна течност, точка на кипене 76,8°C. Разтворител на мазнини, восъци, лакове, полимери, суровини за производство на хладилни агенти.
Голям енциклопедичен речник
Органичен регламент 1831-32- конституционен актове, почти еднакви, въведени в дунавските князе (през 1831 г. - във влашките князе, а през 1832 г. - в молдовските князе) след руската тур. войни от 1828-29 г. О. р. дефинирани социално-политически.........
- набор от закони, които определят политиката. положение на Източна Румелия. Разработен (септември 1878 - април 1879) от представители на големите европейски държави. правомощия и Турция на основание чл. 18 Берлински........
Съветска историческа енциклопедия
- конституционен устав за Кралство Полша, въведен във връзка с потушаването на полското въстание от 1830-31 г. вместо конституцията от 1815 г. Изд. 14 (26) февр. 1832 г. в Санкт Петербург от Николай........
Предлагаме на вашето внимание две статии, посветени на анализа на водата чрез два аналитични метода:
- Елементарен анализ (определяне на общ органичен въглерод)
Анализ на водата чрез йонна хроматография. Методични възможности и технически решения от Dionex Corporation, САЩ.
Йонна хроматография - ви позволява да определяте неорганични и органични аниони, катиони на алкални и алкалоземни метали, катиони на преходни метали, амини и други органични съединения в йонна форма. Въпреки че се използват много различни методи за анализ на водата, йонната хроматография (IC) е предпочитаният метод в световен мащаб и осигурява многокомпонентно определяне във всяка вода. Всеки тип вода има свои собствени характеристики и компонентите могат да варират значително в нивата на концентрация - от части от μg/l до единици g/l. Особено важно е идентифицирането на замърсяващите водата компоненти, чието присъствие във водата е нежелателно или недопустимо. Преди появата на IC не е имало ефективен метод за определяне на йони с такава чувствителност, селективност, възпроизводимост и скорост на анализ. В този случай анализът по метода IC в повечето случаи не изисква подготовка на пробата: ако е необходимо, пробата се филтрира и разрежда. Анализът на неорганични аниони като флуорид, хлорид, нитрит, нитрат, сулфат и фосфат чрез IR е най-разпространеният и рутинен анализ в света от много години. Високоефективни колони са разработени и се използват успешно за определяне на хлорит, хлорат, прехлорат и др. Високоефективните колони Dionex позволяват едновременно определяне на катиони на алкални и алкалоземни метали и алифатни и ароматни амини на един IR колона - добре разработен, високоефективен и бърз метод за анализ на много широк диапазон на най-често определяните аналити във води от всякакъв тип. Липсата на сложна подготовка на пробите, високата чувствителност на определяне, скоростта на анализа и голямото разнообразие от определени компоненти във водата правят този метод идеален за аналитични лаборатории, извършващи рутинни анализи на вода с всякакъв състав - от високочиста и питейна вода до отпадъчни води и емисии от предприятия и комунални услуги.
Неорганични аниони
Анализът на неорганични аниони като флуорид, хлорид, нитрит, нитрат, сулфат и фосфат чрез йонна хроматография е най-често срещаният и рутинен анализ в света от много години.
В допълнение към йоннохроматографските колони за определяне на основните неорганични аниони са разработени и успешно използвани високоефективни колони за определяне, заедно със стандартните аниони, на оксианиони като оксихалогениди: хлорит, хлорат, прехлорат и др.
Органични киселини
Наред с неорганичните аниони във водите от различен тип могат да присъстват и аниони на органични киселини, например: ацетат, формиат, пропионат, оксалат, цитрат и др. За такива задачи се използват високоефективни аналитични колони с голям капацитет.
Неорганични катиони
Високочувствителното и високоефективно йоннохроматографско определяне на катиони на алкални и алкалоземни метали също е рутинен аналитичен метод в световната аналитична практика. Фигурата показва хроматограма на бързото изократно разделяне на катиони от групи I и II.
ориз. Бързо изократно разделяне на катиони от групи I и II на колона IonPac CS12A 3x150 mm, Dionex, САЩ.
Амини
Създаването на високоефективни сорбенти за катионен анализ дава възможност за едновременно определяне на катиони на алкални и алкалоземни метали и алифатни и ароматни амини на една колона.
Преходни метали
Ако анализаторът е изправен пред задачата да определи само подвижната форма на преходните метали или металите в определено състояние на окисление, само йонната хроматография може да реши този проблем. Dionex доставя колони за катионна хроматография с една колона за едновременно определяне на алкални метали, алкалоземни метали и набор от преходни метали. Алтернативен вариант за определяне на преходни метали е под формата на цветни комплекси с PAR. За разлика от предишните примери, където откриването на аналитите става на кондуктометричен детектор, високочувствителното откриване на определените компоненти се извършва след дериватизация след колона на адсорбционен детектор.
Заключение
Йонната хроматография е добре разработен, високоефективен и бърз метод за анализ на много широк диапазон от най-често определяните аналити във води от всякакъв тип. Липсата на сложна подготовка на пробите, високата чувствителност на определяне, скоростта на анализа и голямото разнообразие от определени компоненти във водата правят този метод идеален за аналитични лаборатории, извършващи рутинни анализи на вода с всякакъв състав - от вода с висока чистота до отпадъчни води и емисии от предприятия и комунални услуги.
Общият органичен въглерод е показател за съдържанието на органични вещества във водата.
Според чуждестранни експерти органичният въглерод е най-надеждният показател за общото съдържание на органични вещества във водата. Този показател е включен в групата на интегралните показатели за качеството на водата, като перманганатно и дихроматно окисление и БПК. В този случай съдържанието на органичен въглерод често е приблизително 1/3 от стойността на COD, въпреки че това е вярно главно за битови отпадъчни води и подобни промишлени отпадъчни води. За естествена вода от повърхностни водоизточници в района на Москва съдържанието на органичен въглерод е приблизително равно на стойността на перманганатното окисление (100-120%), а стойността на БПК 5 е 4-6 пъти по-малка от съдържанието на органични въглерод.
Според литературни данни в незамърсени природни води най-ниската концентрация на разтворен органичен въглерод е приблизително 1 mg/l, а най-високата е около 20 mg/l. Във вода, богата на хуминови вещества, особено в блатна вода, съдържанието на органичен въглерод достига стотици mg/l.
Особено важно е да се контролира съдържанието на органичен въглерод в дестилираната вода, използвана в електрониката или фармацевтичното производство.
Досега съдържанието на органичен въглерод е стандартизирано само във вода, опакована в контейнери SanPiN 2.1.4.1116-02. За бутилирана вода от категория 1 - 10 mg/l, за вода от най-висока категория - 5 mg/l. В процеса на пречистване на водата обикновено се използват хлор или други хлориращи агенти (дезинфектанти) за дезинфекция на питейната вода, които реагират с естествени органични вещества, присъстващи във водата, за да образуват токсични реакционни продукти. Количеството на страничните продукти зависи преди всичко от съдържанието на органични вещества във водата. Вероятно поради тази причина в един от вариантите на проекта на „Технически регламент за питейната вода и питейното водоснабдяване“ е включен показателят „Общ органичен въглерод“, стандартът за който е 5 mg/l.
Има:
- Общият органичен въглерод (TOC) е масовата концентрация на въглерод във водата под формата на органични съединения в разтворено и неразтворено състояние.
- Разтвореният органичен въглерод (DOC) е масовата концентрация на въглерод, присъстващ във водата под формата на органични съединения, преминаващи през 0,45 µm мембранен филтър, включително цианати и тиоцианати.
В допълнение към простото измерване на стойността на абсорбция при 254 nm, което е индикатор за съдържанието на органични вещества във водата, методите за определяне на органичния въглерод включват предварително разрушаване на органичните вещества, присъстващи във водата.
Процедурата за определяне на общия органичен въглерод обикновено се разделя на три етапа:
- Подкисляване на пробата и прочистване за отстраняване на неорганичния въглерод
- Окисляване на останалия органичен въглерод до CO2. В този случай окисляването може да се извърши по два основни начина:
- термично окисление - изгаряне на кислородсъдържащ газ в течение;
- UV окисление или каталитично химично окисление с калиев персулфат. - Откриване на образуван CO 2 .
Трябва да се отбележи, че на практика границите на определяне, дадени от производителите на TOC анализатори, са много трудни за получаване. Реално при използване на допълнително пречистен въздух като окислителен газ границата на определяне е приблизително 0,5 mg/l. При работа с кислород границите на откриване са по-ниски.
В тази връзка се препоръчва да се обърне специално внимание на процедурите за превантивен контрол при определяне на органичния въглерод.
- контрол на чистотата на съдовете: съдовете се сушат при 120 °C. Измиване с киселина и сушене при по-ниски температури е приемливо;
- подготовка на филтри при определяне на разтворен органичен въглерод: мембранните филтри се промиват предварително с 0,1 m солна киселина;
- качество на дестилираната вода: дестилираната вода се приготвя без използване на гумени запушалки, маркучи, с помощта на UV облъчване, двойна дестилация със смес от калиев перманганат и дихромат;
- чистота на газа на окислителя
При вземане на проби трябва да се спазват следните правила:
- Обем на пробата - 50-100 мл. Пробите се изсипват догоре с помощта на стъклени съдове.
- Анализът се извършва в рамките на 24 часа или пробите се консервират с о-фосфорна киселина (0,1 ml на 100 ml проба), солна или сярна киселина до pH<2;
- Пробите се съхраняват в хладилник за не повече от месец.
Има голям брой международни стандарти за определяне на органичен въглерод във вода (ASTM D 4839, 4779, 2579,4129; ISO 8245; EPA 415.1, 415.2, 415.3; стандартен метод 5310A, 5310B, 5310C, 5310D). Понастоящем е изготвен проект на стандарт GOST за метода за определяне на общия и разтворения органичен въглерод, който описва достатъчно подробно всички необходими процедури и който скоро ще бъде одобрен от TC 343 „Качество на водата“.
Въглерод (C)– типични неметални; в периодичната таблица е във 2-ри период на група IV, основната подгрупа. Пореден номер 6, Ar = 12,011 amu, ядрен заряд +6.Физични свойства:въглеродът образува много алотропни модификации: диамант- едно от най-твърдите вещества графит, въглища, сажди.
Въглеродният атом има 6 електрона: 1s 2 2s 2 2p 2 . Последните два електрона са разположени в отделни р-орбитали и са несдвоени. По принцип тази двойка може да заема една и съща орбитала, но в този случай междуелектронното отблъскване значително се увеличава. Поради тази причина единият от тях взема 2p x, а другият или 2p y , или 2p z орбитали.
Разликата в енергията на s- и p-поднивата на външния слой е малка, така че атомът доста лесно преминава във възбудено състояние, при което един от двата електрона от 2s орбитала преминава в свободен 2 търкайте.Валентно състояние се появява с конфигурацията 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Именно това състояние на въглеродния атом е характерно за диамантената решетка - тетраедрично пространствено разположение на хибридни орбитали, еднаква дължина и енергия на връзките.
Известно е, че това явление се нарича sp 3 -хибридизация,и възникващите функции са sp 3 -хибридни . Образуването на четири sp 3 връзки осигурява на въглеродния атом по-стабилно състояние от три р-р-и една s-s-връзка. В допълнение към sp 3 хибридизация, sp 2 и sp хибридизация също се наблюдава при въглеродния атом . В първия случай се получава взаимно припокриване п-и две p-орбитали. Образуват се три еквивалентни sp 2 хибридни орбитали, разположени в една и съща равнина под ъгъл 120° една спрямо друга. Третата орбитала p е непроменена и насочена перпендикулярно на равнината sp2.
По време на sp хибридизация s и p орбиталите се припокриват. Между двете еквивалентни хибридни орбитали, които се образуват, възниква ъгъл от 180°, докато двете p-орбитали на всеки атом остават непроменени.
Алотропия на въглерода. Диамант и графит
В графитен кристал въглеродните атоми са разположени в успоредни равнини, заемайки върховете на правилни шестоъгълници. Всеки въглероден атом е свързан с три съседни sp 2 хибридни връзки. Връзката между паралелни равнини се осъществява благодарение на силите на Ван дер Ваалс. Свободните p-орбитали на всеки атом са насочени перпендикулярно на равнините на ковалентните връзки. Тяхното припокриване обяснява допълнителната π връзка между въглеродните атоми. По този начин, от валентното състояние, в което се намират въглеродните атоми в дадено вещество, определя свойствата на това вещество.
Химични свойства на въглерода
Най-характерните степени на окисление са: +4, +2.
При ниски температури въглеродът е инертен, но при нагряване активността му се увеличава.
Въглерод като редуциращ агент:
- с кислород
C 0 + O 2 – t° = CO 2 въглероден диоксид
с липса на кислород - непълно изгаряне:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O въглероден окис
- с флуор
C + 2F 2 = CF 4
- с водна пара
C 0 + H 2 O – 1200° = C + 2 O + H 2 воден газ
- с метални оксиди. Ето как се топи метал от руда.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2
- с киселини - окислители:
C 0 + 2H 2 SO 4 (конц.) = C + 4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (конц.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
- образува въглероден дисулфид със сяра:
C + 2S 2 = CS 2.
Въглеродът като окислител:
- образува карбиди с някои метали
4Al + 3C 0 = Al 4 C 3
Ca + 2C 0 = CaC 2 -4
- с водород - метан (както и огромен брой органични съединения)
C0 + 2H2 = CH4
— със силиций, образува карборунд (при 2000 °C в електрическа пещ):
Намиране на въглерод в природата
Свободният въглерод се среща под формата на диамант и графит. Под формата на съединения въглеродът се намира в минерали: креда, мрамор, варовик - CaCO 3, доломит - MgCO 3 * CaCO 3; хидрокарбонати - Mg(HCO 3) 2 и Ca (HCO 3) 2, CO 2 е част от въздуха; Въглеродът е основният компонент на естествените органични съединения - газ, нефт, въглища, торф и е част от органичните вещества, протеини, мазнини, въглехидрати, аминокиселини, които изграждат живите организми.
Неорганични въглеродни съединения
Нито C 4+, нито C 4- йони се образуват по време на конвенционални химични процеси: въглеродните съединения съдържат ковалентни връзки с различна полярност.
Въглероден окис CO
въглероден окис; безцветен, без мирис, слабо разтворим във вода, разтворим в органични разтворители, токсичен, точка на кипене = -192°C; t pl. = -205°C.
разписка
1) В промишлеността (в газови генератори):
C + O 2 = CO 2
2) В лаборатория - термично разлагане на мравчена или оксалова киселина в присъствието на H 2 SO 4 (конц.):
HCOOH = H2O + CO
H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O
Химични свойства
При нормални условия CO е инертен; при нагряване - редуциращ агент; несолеобразуващ оксид.
1) с кислород
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2) с метални оксиди
C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2
3) с хлор (на светлина)
CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (фосген)
4) реагира с алкални стопи (под налягане)
CO + NaOH = HCOONa (натриев формиат)
5) образува карбонили с преходни метали
Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4
Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5
Въглероден окис (IV) CO2
Въглероден диоксид, без цвят, без мирис, разтворимост във вода - 0,9V CO 2 се разтваря в 1V H 2 O (при нормални условия); по-тежък от въздуха; t°pl. = -78,5°C (твърдият CO 2 се нарича „сух лед“); не поддържа горене.
разписка
- Термично разлагане на соли на въглена киселина (карбонати). Изпичане на варовик:
CaCO 3 – t° = CaO + CO 2
- Действието на силни киселини върху карбонати и бикарбонати:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2
химическисвойстваCO2
Киселинен оксид: Реагира с основни оксиди и основи, за да образува соли на въглеродна киселина
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
NaOH + CO 2 = NaHCO 3
При повишени температури може да прояви окислителни свойства
C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0
Качествена реакция
Мътност на варовита вода:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (бяла утайка) + H 2 O
Изчезва при продължително преминаване на CO 2 през варовита вода, т.к неразтворимият калциев карбонат се превръща в разтворим бикарбонат:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2
Въглеродна киселина и нейнитесол
H 2CO 3 -Слаба киселина, съществува само във воден разтвор:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Двуосновен:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Киселинни соли - бикарбонати, бикарбонати
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Средни соли - карбонати
Всички свойства на киселините са характерни.
Карбонатите и бикарбонатите могат да се трансформират един в друг:
2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3
Металните карбонати (с изключение на алкалните метали) декарбоксилират при нагряване до образуване на оксид:
CuCO 3 – t° = CuO + CO 2
Качествена реакция- "кипене" под въздействието на силна киселина:
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2
CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2
Карбиди
Калциев карбид:
CaO + 3 C = CaC 2 + CO
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2.
Ацетиленът се отделя, когато цинковият, кадмиевият, лантановият и цериевият карбид реагират с вода:
2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.
Be 2 C и Al 4 C 3 се разлагат с вода до образуване на метан:
Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4.
В технологията се използват титанови карбиди TiC, волфрам W 2 C (твърди сплави), силиций SiC (карборунд - като абразив и материал за нагреватели).
Цианид
получен чрез нагряване на сода в атмосфера на амоняк и въглероден окис:
Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2
Циановодородната киселина HCN е важен продукт на химическата промишленост и се използва широко в органичния синтез. Световното му производство достига 200 хиляди тона годишно. Електронната структура на цианидния анион е подобна на въглеродния оксид (II); такива частици се наричат изоелектронни:
В = O: [:C = N:] –
Цианидите (0,1-0,2% воден разтвор) се използват при добива на злато:
2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.
При кипене на разтвори на цианид със сяра или топене на твърди вещества, тиоцианати:
KCN + S = KSCN.
При нагряване на цианиди на нискоактивни метали се получава цианид: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Цианидните разтвори се окисляват до цианати:
2 KCN + O 2 = 2 KOCN.
Циановата киселина съществува в две форми:
H-N=C=O; H-O-C = N:
През 1828 г. Фридрих Вьолер (1800-1882) получава урея от амониев цианат: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 чрез изпаряване на воден разтвор.
Това събитие обикновено се смята за победа на синтетичната химия над "виталистичната теория".
Има изомер на цианова киселина - експлозивна киселина
H-O-N=C.
Неговите соли (живачен фулминат Hg(ONC) 2) се използват в ударни възпламенители.
Синтез урея(урея):
CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. При 130 0 C и 100 atm.
Карбамидът е амид на въглеродната киселина, има и негов „азотен аналог“ – гуанидин.
Карбонати
Най-важните неорганични въглеродни съединения са солите на въглеродната киселина (карбонати). H 2 CO 3 е слаба киселина (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Поддържа карбонатен буфер равновесие на въглероден диоксидв атмосферата. Световните океани имат огромен буферен капацитет, защото са отворена система. Основната буферна реакция е равновесието по време на дисоциацията на въглеродната киселина:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .
Когато киселинността намалява, настъпва допълнително усвояване на въглероден диоксид от атмосферата с образуването на киселина:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .
С увеличаването на киселинността карбонатните скали (черупки, креда и варовикови утайки в океана) се разтварят; това компенсира загубата на хидрокарбонатни йони:
H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —
CaCO 3 (твърд) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-
Твърдите карбонати се превръщат в разтворими бикарбонати. Именно този процес на химическо разтваряне на излишния въглероден диоксид противодейства на „парниковия ефект“ - глобалното затопляне, дължащо се на поглъщането на топлинна радиация от Земята от въглероден диоксид. Около една трета от световното производство на сода (натриев карбонат Na 2 CO 3) се използва в производството на стъкло.