Carbone - caractéristiques des éléments et propriétés chimiques. Cycle mondial du carbone Carbone organique total dans l’eau

Scott Steggenborg, Université d'État du Kansas, États-Unis

Le carbone est l’élément structurel de base de tous les êtres vivants. Le carbone est présent dans l’atmosphère, les tissus végétaux et animaux, la matière organique non vivante, les combustibles fossiles, les roches et dissous dans les eaux océaniques. Dans la croissance des plantes, et bien sûr dans nos vies en général, sa présence occupe une place importante. Tout commence à la racine, et si elle pousse dans un sol pauvre en carbone, alors la situation doit être prise sous contrôle particulier, sinon... Tout affecte la quantité de carbone dans le sol, même le travail du sol.

Carbone organique du sol

La transition des molécules de carbone d'une forme à une autre est connue sous le nom de cycle du carbone (Figure 1). Les plantes obtiennent du carbone de l’atmosphère, qui participe au processus de photosynthèse. Utilisant l’énergie du soleil et le dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère, les plantes convertissent le CO2 en carbone organique, ce qui favorise la croissance des tiges, des feuilles et des racines. Le résultat du cycle de vie et de la mort des plantes est l’accumulation et la décomposition des tissus végétaux à la fois à la surface du sol et en dessous (racines des plantes) et la production de quantités importantes de carbone organique du sol.

Les sols diffèrent par la quantité de carbone organique qu’ils contiennent, allant de moins de 1 % dans les sols sableux à plus de 20 % dans les sols des zones humides. Les niveaux naturels de carbone organique dans les sols du Kansas varient de 1 à 4 %. Aujourd'hui, la plupart des terres agricoles du Kansas ont des niveaux de carbone organique compris entre 0,5 % et 2 %.

Fig. 1. Cycle moderne du carbone. Tous les chiffres sont exprimés en gigatonnes et gigatonnes par an.

Au Kansas, les graminées des prairies ont contribué à la formation d’une couche de sol épaisse et fertile. Les racines de ces céréales et d’autres types de céréales sont fibreuses. Ils peuvent pénétrer à de grandes profondeurs et produire une partie importante de leur biomasse sous terre. Par conséquent, des niveaux élevés de carbone organique dans les sols situés sous les prairies naturelles se produisent à des profondeurs pouvant atteindre plusieurs centimètres. La couleur noire, associée à la fertilité du sol, est un indicateur de la teneur en carbone organique. À mesure que la teneur en carbone organique diminue, la couleur du sol devient plus claire et reflète sa composition minérale. Ainsi, la couleur rouge des sols du sud-est du Kansas et du nord-est de l’Oklahoma est un indicateur de concentrations de fer plus élevées et d’une teneur en carbone plus faible dans le sol. Dans les sols qui se forment sous les forêts, des niveaux élevés de carbone organique se trouvent généralement dans la couche supérieure, avec des niveaux plus faibles dans les couches plus profondes. Cette différence est due tout d’abord à l’accumulation de feuilles mortes, ainsi que de branches d’arbustes et d’arbres à la surface du sol.

Carbone atmosphérique

En utilisant les données d'une carotte de glace et la surveillance à long terme des niveaux de CO2 atmosphérique, les scientifiques ont découvert des fluctuations significatives des niveaux de CO2 atmosphérique sur 200 000 ans. Au cours des 1000 dernières années, la teneur atmosphérique en CO2 a considérablement augmenté (Fig. 2). Aujourd'hui (2000), les niveaux de CO2 sont d'environ 369 mg/l, soit un niveau plus élevé qu'à tout autre moment au cours du dernier millénaire. Plus important encore, ces taux de croissance sans précédent sont si élevés que l’écosystème risque de ne pas être en mesure de s’y adapter. Cette augmentation des émissions de CO2 est due à l’utilisation accrue de combustibles fossiles, au défrichement et aux changements d’affectation des terres qui surviennent partout dans le monde. Le facteur le plus important à l’origine de l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère est l’utilisation de combustibles fossiles. Au rythme actuel, ce processus s'élève à 1 000 milliards. kg, les réserves de combustibles fossiles seront épuisées dans les 300 à 400 prochaines années. À mesure que l’utilisation des combustibles fossiles augmente, le carbone qui a été hors du cycle depuis des millions d’années est rejeté directement dans l’atmosphère. Au fil du temps, le carbone atmosphérique sera reconverti en carbone organique ou rejeté dans l’océan et un nouvel équilibre sera atteint, mais ce processus peut prendre des milliers d’années. Dans un avenir proche, du « nouveau » carbone restera dans l’atmosphère sous forme de CO2. Sur la base des modèles atmosphériques actuels, on peut conclure que la pleine utilisation des réserves de combustibles fossiles augmentera les concentrations atmosphériques de CO2 jusqu'à un pic d'environ 1 200 mg/l. Certains scientifiques pensent que ces concentrations seront encore plus élevées. Cette augmentation des niveaux de CO2 a conduit de nombreux scientifiques à supposer que les températures moyennes mondiales commenceraient à augmenter. Dans la presse populaire, ce processus est appelé réchauffement climatique. Les gaz dits à effet de serre - CO2, méthane (CH4) et oxyde d'azote (N2O), contenus dans l'atmosphère, aident à retenir la chaleur qui, en règle générale, est réfléchie par la surface de la Terre. À des concentrations plus élevées de ces gaz, la chaleur peut ne pas être libérée, ce qui entraîne une hausse des températures mondiales. Actuellement, les changements dans les températures mondiales ne sont pas significatifs et il n’y a pas de tendance précise dans ce sens, mais les changements dans les niveaux de CO2 sont entièrement documentés et acceptés par la plupart des scientifiques.

Que peut-on faire pour ralentir l’augmentation des niveaux de CO2 ? Si l’on réfléchit à l’origine et à la destination du CO2, la solution la plus évidente consiste à le réduire en réduisant notre utilisation de combustibles fossiles. Cela réduira le CO2 entrant dans l’atmosphère. Des sources d’énergie plus efficaces et plus propres seront nécessaires au fil du temps, mais les aspects économiques actuels de l’utilisation des combustibles fossiles limitent l’adoption et le développement de sources alternatives. À l’avenir, à mesure que nous développerons des technologies énergétiques alternatives, l’utilisation massive de puits de carbone pourrait contribuer à stabiliser les niveaux de CO2 dans l’atmosphère. La description des réserves mondiales de carbone (Fig. 1) démontre que les accumulations de carbone dans les profondeurs océaniques constituent la principale réserve, mais que les changements peuvent prendre des millions d'années. De plus, notre capacité à gérer cette réserve est limitée. La deuxième plus grande réserve est le carbone organique du sol. La quantité de carbone organique du sol est deux fois supérieure à la quantité de carbone contenue dans la biomasse végétale (plantes, arbres, cultures, graminées, etc.). Une façon de stabiliser le carbone atmosphérique serait de mettre en œuvre des technologies dans le monde entier qui contribueraient à augmenter le carbone du sol. Quelle quantité de carbone le sol du Kansas peut-il contenir ? La question est simple, mais il n’y a pas de réponse simple. Le potentiel d’accumulation de ce type de sol dépend du niveau actuel de carbone dans le sol, de la concentration de CO2 dans l’atmosphère et des pratiques agricoles utilisées. Dans de nombreux sols du Kansas, la perte significative de la couche arable due à l'érosion et au travail du sol extensif a réduit les niveaux de carbone à plus de la moitié de leurs niveaux d'origine. Avec une gestion appropriée, la teneur en carbone organique de nombreux sols peut être augmentée. Les pertes de carbone du sol survenues dans la première moitié du XXe siècle ont été partiellement compensées dans la seconde moitié par l'amélioration des technologies de conservation et l'intensification des systèmes agricoles (Fig. 3). Une fertilisation adéquate et la culture d’hybrides et de variétés améliorées ont également joué un rôle dans l’accumulation de carbone organique dans le sol. Des rendements plus élevés et une intensité de culture accrue augmentent la quantité de biomasse qui pénètre dans le sol, fournissant ainsi plus de matière pouvant être convertie en carbone du sol. Sur la fig. La figure 3 montre les niveaux projetés de carbone dans le sol en fonction du niveau d'utilisation de la technologie de culture sans labour pour 1990. Dans les sols cultivés sans labour et utilisant des systèmes de culture intensifs, la teneur en carbone du sol peut augmenter de 1 % par an. Actuellement, 10 % des terres agricoles du Kansas (superficie totale de 8,2 millions d'hectares) ne sont pas labourées, et cette zone doit séquestrer 19 000 tonnes de carbone supplémentaires par an. Avec une utilisation accrue de la technologie sans labour et l’utilisation de systèmes de culture intensifiés, le carbone serait séquestré en grande quantité. Il n’existe aucune option potentielle à l’échelle mondiale pour utiliser le sol comme puits de carbone et cela reste une solution à court terme. Après un certain temps, peut-être 30 à 50 ans, un nouveau niveau de bilan CO2 dans le sol sera atteint, auquel il sera difficile de parvenir à une nouvelle accumulation de carbone. Une solution à plus long terme pour stabiliser les niveaux de CO2 atmosphérique pourrait consister à réduire notre dépendance énergétique aux combustibles fossiles.

Séquestration du carbone : 9 questions les plus posées

1. Qu’entend-on par séquestration du carbone ?

La séquestration du carbone est généralement le processus de transformation du carbone présent dans l’air (dioxyde de carbone ou CO2) en carbone du sol. Le dioxyde de carbone est absorbé par les plantes lors de la photosynthèse et est également absorbé par les plantes vivantes. Lorsqu’une plante meurt, le carbone présent dans les feuilles, la tige et les racines pénètre dans le sol et devient de la matière organique.

2. Comment la séquestration du carbone peut-elle contribuer à éliminer le réchauffement climatique ?

Le dioxyde de carbone atmosphérique et d'autres gaz à effet de serre emprisonnent la chaleur qui s'échappe de la surface de la Terre. Cette accumulation de chaleur peut conduire au réchauffement climatique. Grâce à la séquestration du carbone, les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique sont réduits et les niveaux de matière organique du sol augmentent. Si le carbone organique du sol n’est pas perturbé, il peut y rester pendant de nombreuses années sous forme de matière organique stable. Ce carbone est séquestré plus tard ou déplacé vers le stockage pour devenir disponible pour être recyclé dans l’atmosphère. Ce processus réduit les niveaux de CO2, ainsi que le risque de réchauffement climatique.

3. Quel effet la séquestration du carbone pourrait-elle avoir sur les gaz à effet de serre ?

Il a été constaté qu’il est possible de réduire les émissions de CO2 de 20 % ou plus grâce à la séquestration du carbone dans les sols agricoles.

4. Que peuvent faire les agriculteurs pour améliorer la séquestration du carbone ?

Il existe plusieurs manières d'y parvenir :

— labour direct ou travail minimal du sol;

— augmentation intensive de la rotation des cultures et exclusion des jachères d'été;

— les zones tampons ;

— des mesures de conservation de la nature qui contribueront à réduire l'érosion;

- l'utilisation de cultures produisant beaucoup de résidus (maïs, sorgho et blé) ;

— utilisation de cultures de couverture ;

— sélection d'espèces et d'hybrides stockant davantage de carbone.

5. Que peuvent faire les agriculteurs pour améliorer la séquestration du carbone ?

Les agriculteurs peuvent augmenter la séquestration du carbone en :

— améliorer la qualité du fourrage;

— maintenir une quantité suffisante de résidus de récolte;

— réduire le surpâturage.

6. Les travailleurs agricoles seront-ils récompensés pour la séquestration du carbone ?

Peut-être qu’un système commercial sera mis en place pour accorder des prêts aux agriculteurs qui augmentent la séquestration du carbone. Il est également possible que le gouvernement mette en place des mesures incitatives pour encourager les fabricants à séquestrer le carbone. Mais même s’il n’y avait aucun paiement, les agriculteurs constateraient un effet positif de la mise en œuvre de méthodes visant à augmenter la matière organique du sol :

— améliorer la structure et la qualité du sol;

— augmenter la fertilité des sols en augmentant la matière organique ;

— réduction de l'érosion grâce à une meilleure structure du sol;

- amélioration de la qualité de l'eau grâce à la réduction de l'érosion.

7. Qu'est-ce que la matière organique du sol, d'où vient-elle et où va-t-elle ?

La matière organique du sol est constituée de déchets végétaux et animaux pourris. Ils permettent aux particules minérales du sol de s'agréger en touffes appelées agrégats de sol. L'augmentation des niveaux de matière organique du sol conduit à l'établissement d'agrégats de sol plus stables, plus résistants à l'érosion éolienne, à une meilleure infiltration et aération, à une probabilité réduite de compactage et à une fertilité accrue. La matière organique aide à maintenir les éléments nutritifs du sol ensemble afin qu'ils ne soient pas emportés par lessivage ou lessivés. Si elle n’est pas perturbée, la matière organique du sol peut se transformer en humus, une forme très stable de matière organique. Cependant, si le sol est labouré, la matière organique du sol s’oxydera et le carbone se dissoudra dans l’atmosphère sous forme de CO2. Si le sol est érodé, la matière organique du sol sera emportée par l’eau.

8. Qu’est-ce qui affecte les niveaux de matière organique du sol ?

Les niveaux naturels de matière organique du sol pour un emplacement donné sont dans la plupart des cas déterminés par la latitude ainsi que par les niveaux de précipitations annuelles. Les niveaux naturels de matière organique du sol augmenteront à mesure que vous vous déplacerez du nord au sud de l’équateur. Dans les Grandes Plaines, les niveaux de matière organique augmentent d’ouest en est en fonction des précipitations. La gestion peut modifier les niveaux de matière organique du sol. En général, à mesure que l’intensité des cultures augmente, les niveaux de matière organique du sol augmentent. À mesure que la fréquence du travail mécanique du sol augmente, les niveaux de matière organique du sol diminuent. Pour les producteurs du Kansas, la technologie sans labour et sans vapeur offrait le plus grand potentiel pour atteindre cet objectif.

9. Que fait le Kansas pour augmenter la séquestration du carbone ?

Les scientifiques de l’État du Kansas s’efforcent de développer de meilleures pratiques de gestion qui amélioreront la séquestration du carbone. Des recherches sont menées pour tester les effets du travail mécanique du sol, des différentes rotations des cultures, des pratiques de conservation des sols et des pratiques de gestion du carbone du sol.

Manuel du chimiste 21

Carbone organique total

Sosu Carbone organique total (800° C) 200 35

La société DuPont (Canada) a développé un nouveau procédé d'épuration des eaux usées concentrées riches en composés azotés pour la production de produits intermédiaires pour la production de nylon - acide adipique et hexaméthylène-diamine. par nitrification biologique - déitrification. Le procédé développé prévoit une combinaison d’oxydation aérobie et anaérobie. La nitrification se produit dans des conditions aérobies en présence de dioxyde de carbone. De plus, l’azote aminé et ammoniacal est biooxydé en nitrites et nitrates. La dénitrification se produit dans des conditions anaérobies dans l'environnement d'un produit biodégradable (généralement du méthanol). Dans ce processus, les nitrates sont réduits en nitrites et finalement en azote gazeux. Les eaux usées entrant dans le traitement ont les caractéristiques suivantes : teneur en carbone organique total - 3000 mg/l NO2. N0 3, NH4+ en termes d'azote, respectivement 800, 90 et 230 mg/l ; azote organique en termes d'azote -240 mg/l, DBO -6000 mg/l. Le processus élimine 98 % de la matière organique et 80 à 90 % de l’azote total des eaux usées.

Faisons attention à la signification des symboles dans l'équation (4.2) : C est la concentration (en unités de DCO, DBO, azote, carbone organique total, etc.), Gu,z ou Gx,z est la vitesse de réaction. Les unités de mesure de cette grandeur sont déterminées par les unités de concentration et de volume Va. Si l'on utilise le paramètre Gx,i, alors X2 est la concentration en boues activées.

Le procédé développé prévoit une combinaison d’oxydation aérobie et anaérobie. La nitrification se produit dans des conditions aérobies en présence de dioxyde de carbone, et l'azote aminé et ammoniacal est biooxydé en nitrites et nitrates. La dénitrification se produit dans des conditions anaérobies dans un produit biodégradable (généralement du méthanol). Cela réduit les nitrates en nitrites et finalement en azote gazeux. Les eaux usées entrant dans le traitement présentent les caractéristiques suivantes : carbone organique total - 3000 mg/l DBO - 6000 mg/l N0. N03, NH en termes d'azote sont respectivement de 800, 90 et 230 mg/l ; l'azote organique en termes d'azote est de 240 mg/l. Le processus peut éliminer 98 % de la DBO et 80 à 90 % de l’azote total des eaux usées.

Ce sont donc des quantités nécessaires pour déterminer l’indicateur sanitaire général de nocivité. pour lesquels environ 15 % de la quantité totale de substances réglementées sont normalisées, sont des indicateurs généraux de la qualité de l'eau tels que la consommation biochimique et chimique d'oxygène et la teneur en carbone organique total.

Carbone organique total (COT)

Composés organiques volatils. tels que le benzène, le toluène, le cyclohexane et le chloroforme peuvent s'évaporer lors de la désorption du dioxyde de carbone. Dans ce cas, le carbone organique total doit être déterminé séparément ; si cela n'est pas possible, une autre méthode doit être utilisée.

Carbone organique total, mg/l 1LZ 2,5

Carbone organique total en mg/i

ISE - électrodes sélectives pon AAS - spectrométrie d'adsorption atomique TOC - carbone organique total IC - chromatographie ionique.

Carbone organique total, g S/m Соу 250 180 110 70

Par exemple, l'usine de traitement du lac Tahoe comprend un mélangeur chimique, un floculateur et un réservoir de décantation, une tour de soufflage d'ammoniac, un bassin de recarbonisation et un réservoir de décantation, ainsi que des filtres à charge mixte. installation d'adsorption. rempli de charbon et une usine de chloration. Données sur la qualité de l'eau. étudiés sur 18 mois sont présentés dans le tableau. 8.4. Le rapport entre les teneurs en azote organique et en carbone organique total est de 0,22 à 0,25 à pH = 8 et à une concentration d'équilibre de 1 à 6 mg/l. En comparant ces données avec des graphiques de la dépendance de la valeur d'adsorption sur le rapport azote organique/COT (voir Fig. 8.4), il devient évident que l'adsorption par charbon actif est assez efficace pour purifier l'eau des substances organiques. Pour comparaison dans le tableau. La figure 8.4 présente les paramètres analytiques des eaux fournies par la station d'épuration de Windhoek en Afrique du Sud-Ouest. qui est destiné à la réutilisation des eaux usées industrielles avec leur traitement physique et chimique ultérieur. Eaux usées. entrant dans l'unité d'adsorption. étaient qualitativement les mêmes qu'à la station de South Tahoe, dans les deux cas, le charbon actif éliminait presque complètement l'azote organique des eaux usées ; Autres données données dans le tableau. 8.4 peut être corrélé aux résultats d’élimination des matières organiques en raison du manque d’informations nécessaires sur la DCO et le COT. C'est pourquoi

Des réactifs chimiques prêts à l'emploi de haute pureté ont été obtenus auprès de sociétés commerciales et utilisés sans autre purification. Les solutions initiales d'adsorbats ont été préparées avec de l'eau distillée, préalablement passée à travers un déioniseur et un filtre à charbon actif. Les solutions mères ont été analysées périodiquement à l'aide d'un analyseur de carbone organique total Beckman-915. Les expériences d'adsorption ont débuté 4 heures après la préparation des solutions initiales. Dans la plupart des expériences, une solution tampon phosphate 0,05 M a été ajoutée aux solutions initiales pour réduire les fluctuations de pH.

Dans les eaux usées non traitées (substances organiques 300-400 mg/l en termes de carbone organique total), des tests ont été effectués à pH - 4-6 et à une température de 70-90°C. Des tests ont montré que l'acier au carbone St-Z n'est pas résistant, il est sujet à une corrosion par piqûre à raison de 1,95 g/m heure.

Il a été établi que le dilim (diéthyle ou diéthylglycol) contenu dans les eaux usées de la production SK peut être neutralisé par l'ozone jusqu'au niveau du CDK. Malgré le fait qu'après ozonation la DCO de l'eau diminue légèrement, l'eau est facilement soumise à un traitement biologique (tableau 10). L'eau de source a les indicateurs DCO suivants - 225 mg/l BIKts ds DCO - 26 pH - 5 carbone organique total (COT) - 67 mg/l.

Le carbone organique total (COT) est la quantité de carbone. Crise de l'eau dans la partie de la matière organique dissoute ou en suspension dans l'eau.

L'effet des températures élevées sur la transition des substances organiques des roches aux solutions aqueuses a également été étudié par I. G. Kissin. E.A. Bars et al. Les expériences ont été réalisées pendant 7 heures à des températures de 20, 100, 150, 200 et 250°C avec de l'argile et du mudstone provenant de puits profonds de la Ciscaucasie centrale. Les roches ont été traitées avec de l'eau distillée et une solution de chlorure de sodium avec une concentration en sel de 97 g/l. Des expériences ont montré qu'à une température de 20° C, 11 mg de Corg passent de l'argile dans l'eau. pour 100 g de roche, et 24 mg de Corg dans la solution saline. pour 100 g de roche. Dans le même temps, très peu de carbone provenant de la fraction bitume passe à la fois dans le bidistilat et dans la solution (moins de 1 mg pour 100 g de roche). Avec une augmentation de la température de 20 à 150 ° C, la teneur en carbone organique pour 100 g de roche a légèrement changé et n'a augmenté de manière significative qu'à une température de 200 ° C - dans l'eau jusqu'à 20,8 mg et en solution jusqu'à 33,8 mg . La teneur en carbone de la fraction bitumineuse a augmenté de manière constante pour l'eau distillée jusqu'à 7 mg pour 100 g de roche (à 250°C) et pour la solution jusqu'à 4 mg pour 100 g de roche (à 150°C). Des expériences avec l'argilite ont montré qu'une augmentation de la température n'affecte pas le rendement en carbone organique total, et une augmentation de la quantité de carbone dans la fraction bitume n'est observée qu'après 150°C.

(a. carbone organique ; n. organischer Kohlenstoff ; f. carbone organique ; i. carbono Organico) - carbone qui fait partie de la matière organique. substances de l'atmosphère, de l'hydrosphère et de la montagne. races Il a un caractère biogénique. Macca Corg dans la croûte terrestre atteint 7B·* 1015 t, incl. dans les roches sédimentaires - 5B * 1015 tonnes. La quantité de Corg est déterminée chimiquement, gazométriquement. et coulométrique (analyseurs automatiques). Au cours du processus de catagenèse, la teneur en Corg dans les roches diminue (de 30 à 40 % à la fin de l'apocatagenèse) ainsi que sa part dans la matière organique. la substance augmente (de 70 % au stade de protocatagenèse à 80 % en mésocatagenèse et 90 % en apocatagenèse). En graphite et organique graphitisé. substance, il atteint 99%. Au cours d’une étape de catagenèse, la teneur en C de la matière organique. les substances et la valeur du paramètre H/Cat servent d’indicateurs du type de matière organique. substances dans le même type de matière organique. substance - son niveau de maturité. La quantité de Corg est un indicateur important du potentiel pétrolier et gazier des roches. Composé de concentré biologique. O. y, contenu en quantités de 85 à 87 % (dans les huiles), 58 à 90 % (dans les charbons). Nombre d'O.y. dans les charbons est l'un des indicateurs du degré de leur métamorphisme.

E. S. Larskaya.

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Carbone- etc. voir charbon.
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Carbone— carbone, m. Élément chimique qui constitue le composant le plus important de toutes les substances organiques présentes dans la nature.
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Organique Adj.— 1. Corrélatif dans le sens. avec nom : un organisme (1) qui lui est associé. // Posséder un principe vivant. 2. Appartenant au monde végétal ou animal. 3. Corrélatif dans le sens. Avec........
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Carbone M.— 1. Élément chimique, composant le plus important de toutes les substances organiques dans la nature.
Dictionnaire explicatif d'Efremova

Organique- bio, bio (du grec organikos) (livre). 1. Adj. à l'organisme en 1 valeur ; possédant un principe vivant (scientifique). La vie organique sur terre. 2. Appartenance à la plante........
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Synthèse organique de base- (synthèse organique lourde) - production industrielle à grande échelle de substances organiques. Principales sources de matières premières : pétrole, gaz naturels inflammables, pétrole associé........
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Synthèse organique fine— production industrielle à plusieurs étapes de faibles tonnages de substances organiques. Produits fins de synthèse organique : médicaments, pesticides et autres........
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Synthèse organique lourde- la même chose que la synthèse organique de base.
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Carbone- (lat. Carboneum) - C, chimique. élément du groupe IV du système périodique de Mendeleïev, numéro atomique 6, masse atomique 12,011. Les principales modifications cristallines sont le diamant et le graphite.........
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Règlement Organique 1831-32- constitutionnel actes, presque identiques, introduits chez les princes du Danube (en 1831 - chez les princes de Valachie, et en 1832 - chez les princes moldaves) après la tournée russe. guerres de 1828-29. Ou. définition socio-politique.........

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Nous attirons votre attention sur deux articles consacrés à l’analyse de l’eau selon deux méthodes analytiques :

Analyse élémentaire (détermination du carbone organique total)

Analyse de l'eau par chromatographie ionique. Capacités de méthode et solutions techniques de Dionex Corporation, États-Unis.

Chromatographie ionique - vous permet de déterminer les anions inorganiques et organiques, les cations de métaux alcalins et alcalino-terreux, les cations de métaux de transition, les amines et autres composés organiques sous forme ionique. Bien que de nombreuses méthodes différentes soient utilisées pour l'analyse de l'eau, la chromatographie ionique (IC) est la méthode préférée dans le monde entier et permet une détermination multi-composants dans n'importe quelle eau. Chaque type d'eau a ses propres caractéristiques et ses composants peuvent varier considérablement en termes de concentration - des fractions de μg/l aux unités de g/l. L'identification des composants polluants de l'eau, dont la présence dans l'eau est indésirable ou inacceptable, est particulièrement importante. Avant l’avènement de la CI, il n’existait aucune méthode efficace pour déterminer les ions avec une telle sensibilité, sélectivité, reproductibilité et rapidité d’analyse. Dans ce cas, l'analyse par la méthode IC ne nécessite dans la plupart des cas pas de préparation d'échantillon : si nécessaire, l'échantillon est filtré et dilué. L'analyse des anions inorganiques tels que le fluorure, le chlorure, le nitrite, le nitrate, le sulfate et le phosphate par la méthode IR est l'analyse la plus courante et la plus courante dans le monde depuis de nombreuses années. Des colonnes hautes performances ont été développées et sont utilisées avec succès pour la détermination du chlorite, du chlorate, du préchlorate, etc. Les colonnes Dionex hautes performances permettent la détermination simultanée des cations des métaux alcalins et alcalino-terreux et des amines aliphatiques et aromatiques sur un seul IR colonne - une méthode d'analyse bien développée, très efficace et rapide pour une très large gamme d'analytes les plus fréquemment déterminés dans les eaux de tout type. L'absence de préparation complexe des échantillons, la sensibilité élevée de la détermination, la rapidité de l'analyse et la grande variété de composants déterminés dans l'eau rendent cette méthode idéale pour les laboratoires d'analyse effectuant des analyses de routine de l'eau de toute composition - de l'eau hautement pure et potable aux eaux usées et émissions. des entreprises et des services publics.

Anions inorganiques

L'analyse des anions inorganiques tels que le fluorure, le chlorure, le nitrite, le nitrate, le sulfate et le phosphate par chromatographie ionique est l'analyse la plus courante et la plus courante dans le monde depuis de nombreuses années.

En plus des colonnes de chromatographie ionique pour le dosage des principaux anions inorganiques, des colonnes très efficaces ont été développées et sont utilisées avec succès pour le dosage, aux côtés des anions standards, d'oxyanions tels que les oxyhalogénures : chlorite, chlorate, préchlorate, etc.

Acides organiques

Outre les anions inorganiques, les anions d'acides organiques peuvent également être présents dans les eaux de différents types, par exemple : acétate, formiate, propionate, oxalate, citrate, etc. Pour de telles tâches, des colonnes analytiques très efficaces de grande capacité sont utilisées.

Cations inorganiques

La détermination par chromatographie ionique très sensible et très efficace des cations de métaux alcalins et alcalino-terreux est également une méthode analytique de routine dans la pratique analytique mondiale. La figure montre un chromatogramme de la séparation isocratique rapide des cations des groupes I et II.

Riz. Séparation isocratique rapide des cations des groupes I et II sur une colonne IonPac CS12A 3x150 mm, Dionex, USA.

Amines

La création de sorbants très efficaces pour l'analyse des cations permet la détermination simultanée des cations de métaux alcalins et alcalino-terreux et des amines aliphatiques et aromatiques sur une seule colonne.

Métaux de transition

Si l'analyste est confronté à la tâche de déterminer uniquement la forme mobile des métaux de transition ou des métaux dans un certain état d'oxydation, seule la chromatographie ionique peut résoudre ce problème. Dionex fournit des colonnes de chromatographie cationique à colonne unique pour la détermination simultanée des métaux alcalins, des métaux alcalino-terreux et d'une gamme de métaux de transition. Une option alternative pour déterminer les métaux de transition se présente sous la forme de complexes colorés avec PAR. Contrairement aux exemples précédents, où la détection des analytes s'effectue sur un détecteur conductométrique, une détection hautement sensible des composants déterminés se produit après dérivatisation post-colonne sur un détecteur à adsorption.

Conclusion

La chromatographie ionique est une méthode d'analyse bien développée, très efficace et rapide pour une très large gamme d'analytes les plus couramment déterminés dans les eaux de tout type. L'absence de préparation complexe des échantillons, la sensibilité élevée de la détermination, la rapidité de l'analyse et une grande variété de composants déterminés dans l'eau rendent cette méthode idéale pour les laboratoires d'analyse effectuant des analyses de routine de l'eau de toute composition - de la haute pureté aux eaux usées et aux émissions des entreprises. et les services publics.

Le carbone organique total est un indicateur de la teneur en matière organique de l'eau.

Selon des experts étrangers, le carbone organique est l'indicateur le plus fiable de la teneur totale en substances organiques de l'eau. Cet indicateur fait partie du groupe des indicateurs intégraux de la qualité de l'eau, tels que l'oxydabilité du permanganate et du bichromate et la DBO. Dans ce cas, la teneur en carbone organique représente souvent environ 1/3 de la valeur de la DCO, bien que cela soit principalement vrai pour les eaux usées domestiques et les eaux usées industrielles similaires. Pour l'eau naturelle provenant des sources d'eau de surface de la région de Moscou, la teneur en carbone organique est approximativement égale à la valeur de l'oxydation du permanganate (100-120 %) et la valeur de la DBO 5 est 4 à 6 fois inférieure à la teneur en matière organique. carbone.

Selon les données de la littérature, dans les eaux naturelles non polluées, la concentration la plus faible de carbone organique dissous est d'environ 1 mg/l, la plus élevée est d'environ 20 mg/l. Dans les eaux riches en substances humiques, en particulier dans les eaux de marais, la teneur en carbone organique atteint des centaines de mg/l.

Il est particulièrement important de contrôler la teneur en carbone organique de l’eau distillée utilisée dans la production électronique ou pharmaceutique.

Jusqu'à présent, la teneur en carbone organique n'est normalisée que dans l'eau conditionnée dans des récipients SanPiN 2.1.4.1116-02. Pour l'eau en bouteille de catégorie 1 - 10 mg/l, pour l'eau de la catégorie la plus élevée - 5 mg/l. Dans le processus de traitement de l'eau, le chlore ou d'autres agents de chloration (désinfectants) sont généralement utilisés pour désinfecter l'eau potable, qui réagissent avec les substances organiques naturelles présentes dans l'eau pour former des produits de réaction toxiques. La quantité de sous-produits dépend principalement de la teneur en substances organiques de l'eau. C'est probablement pour cette raison que l'une des versions du projet de « Règlement technique sur l'eau potable et l'approvisionnement en eau potable » inclut l'indicateur « Carbone organique total », dont la norme est de 5 mg/l.

Il y a:

Le carbone organique total (COT) est la concentration massique de carbone présent dans l'eau sous forme de composés organiques à l'état dissous et non dissous.
Le carbone organique dissous (COD) est la concentration massique de carbone présent dans l'eau sous forme de composés organiques traversant une membrane filtrante de 0,45 µm, notamment les cyanates et les thiocyanates.

En plus de simplement mesurer la valeur d'absorbance à 254 nm, qui est un indicateur de la teneur en matière organique de l'eau, les méthodes de détermination du carbone organique impliquent la destruction préalable des substances organiques présentes dans l'eau.

La procédure de détermination du carbone organique total est généralement divisée en trois étapes :

Acidification et purge des échantillons pour éliminer le carbone inorganique
Oxydation du carbone organique restant en CO 2. Dans ce cas, l'oxydation peut être réalisée de deux manières principales :
- oxydation thermique - combustion de gaz contenant de l'oxygène dans un courant ;
- Oxydation UV ou oxydation chimique catalytique avec du persulfate de potassium.
Détection du CO 2 formé.

Il est à noter qu'en pratique, les limites de détermination données par les fabricants d'analyseurs de COT sont très difficiles à obtenir. En réalité, lors de l'utilisation d'air purifié comme gaz oxydant, la limite de détermination est d'environ 0,5 mg/l. Lorsque l'on travaille avec de l'oxygène, les limites de détection sont inférieures.

À cet égard, il est recommandé d'accorder une attention particulière aux procédures de contrôle préventif lors de la détermination du carbone organique.

contrôle de la propreté de la vaisselle : la vaisselle est séchée à 120 °C. Le lavage à l'acide et le séchage à des températures plus basses sont acceptables ;
préparation des filtres lors de la détermination du carbone organique dissous : les filtres à membrane sont prélavés avec 0,1 m d'acide chlorhydrique ;
qualité de l'eau distillée : l'eau distillée est préparée sans utilisation de bouchons en caoutchouc, de tuyaux, par irradiation UV, double distillation avec un mélange de permanganate de potassium et de dichromate ;
pureté du gaz comburant

Lors de la collecte d'échantillons, les règles suivantes doivent être respectées :

Volume d'échantillon - 50-100 ml. Les échantillons sont versés vers le haut à l'aide de récipients en verre.
L'analyse est réalisée dans les 24 heures ou les échantillons sont conservés avec de l'acide o-phosphorique (0,1 ml pour 100 ml d'échantillon), de l'acide chlorhydrique ou sulfurique jusqu'au pH.<2;
Les échantillons sont conservés au réfrigérateur pendant un mois maximum.

Il existe un grand nombre de normes internationales pour la détermination du carbone organique dans l'eau (ASTM D 4839, 4779, 2579, 4129 ; ISO 8245 ; EPA 415.1, 415.2, 415.3 ; Standard Method 5310A, 5310B, 5310C, 5310D). Actuellement, un projet de norme GOST a été préparé pour la méthode de détermination du carbone organique total et dissous, qui décrit de manière suffisamment détaillée toutes les procédures nécessaires et qui sera bientôt approuvé par le TC 343 « Qualité de l'eau ».

Carbone (C)– non métallique typique ; dans le tableau périodique, il se situe dans la 2ème période du groupe IV, le sous-groupe principal. Numéro de série 6, Ar = 12,011 amu, charge nucléaire +6.

Propriétés physiques : le carbone forme de nombreuses modifications allotropiques : diamant- une des substances les plus dures graphite, charbon, suie.

Un atome de carbone possède 6 électrons : 1s 2 2s 2 2p 2 . Les deux derniers électrons sont situés sur des orbitales p distinctes et ne sont pas appariés. En principe, cette paire pourrait occuper la même orbitale, mais dans ce cas la répulsion interélectronique augmente considérablement. Pour cette raison, l'un d'eux prend 2p x, et l'autre, soit 2p y , ou 2p z orbitales.

La différence d'énergie entre les sous-niveaux s et p de la couche externe est faible, de sorte que l'atome passe assez facilement dans un état excité, dans lequel l'un des deux électrons de l'orbitale 2s passe à un état libre. 2 frotter. Un état de valence apparaît avec la configuration 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . C’est cet état de l’atome de carbone qui est caractéristique du réseau de diamant : disposition spatiale tétraédrique des orbitales hybrides, longueur de liaison et énergie identiques.

Ce phénomène est connu sous le nom de sp 3 -hybridation, et les fonctions émergentes sont sp 3 -hybrides . La formation de quatre liaisons sp 3 confère à l'atome de carbone un état plus stable que trois r-r- et une connexion SS. En plus de l'hybridation sp 3, une hybridation sp 2 et sp est également observée au niveau de l'atome de carbone. . Dans le premier cas, un chevauchement mutuel se produit s- et deux orbitales p. Trois orbitales hybrides sp 2 équivalentes sont formées, situées dans le même plan à un angle de 120° l'une par rapport à l'autre. La troisième orbitale p est inchangée et dirigée perpendiculairement au plan sp2.

Lors de l'hybridation sp, les orbitales s et p se chevauchent. Un angle de 180° apparaît entre les deux orbitales hybrides équivalentes qui se forment, tandis que les deux orbitales p de chaque atome restent inchangées.

Allotropie du carbone. Diamant et graphite

Dans un cristal de graphite, les atomes de carbone sont situés dans des plans parallèles occupant les sommets d'hexagones réguliers. Chaque atome de carbone est connecté à trois liaisons hybrides sp 2 voisines. La connexion entre plans parallèles est réalisée grâce aux forces de Van der Waals. Les orbitales p libres de chaque atome sont dirigées perpendiculairement aux plans des liaisons covalentes. Leur chevauchement explique la liaison π supplémentaire entre les atomes de carbone. Ainsi, à partir de l'état de valence dans lequel se trouvent les atomes de carbone d'une substance détermine les propriétés de cette substance.

Propriétés chimiques du carbone

Les états d'oxydation les plus caractéristiques sont : +4, +2.

À basse température, le carbone est inerte, mais lorsqu'il est chauffé, son activité augmente.

Le carbone comme agent réducteur :

- avec de l'oxygène
C 0 + O 2 – t° = CO 2 dioxyde de carbone
avec un manque d'oxygène - combustion incomplète :
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O monoxyde de carbone

- avec du fluor
C + 2F 2 = CF 4

- à la vapeur d'eau
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 eau gazeuse

- avec des oxydes métalliques. C'est ainsi que le métal est fondu à partir du minerai.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- avec des acides - des agents oxydants :
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (conc.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- forme du sulfure de carbone avec le soufre :
C + 2S 2 = CS 2.

Le carbone comme agent oxydant :

- forme des carbures avec certains métaux

4Al + 3C0 = Al4C3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- avec de l'hydrogène - du méthane (ainsi qu'un grand nombre de composés organiques)

C0 + 2H2 = CH4

— avec le silicium, forme du carborundum (à 2000 °C dans un four électrique):

Trouver du carbone dans la nature

Le carbone libre se présente sous forme de diamant et de graphite. Sous forme de composés, le carbone se trouve dans les minéraux : craie, marbre, calcaire - CaCO 3, dolomite - MgCO 3 *CaCO 3 ; hydrocarbonates - Mg(HCO 3) 2 et Ca(HCO 3) 2, le CO 2 fait partie de l'air ; Le carbone est le composant principal des composés organiques naturels - gaz, pétrole, charbon, tourbe, et fait partie des substances organiques, protéines, graisses, glucides et acides aminés qui composent les organismes vivants.

Composés de carbone inorganiques

Ni les ions C 4+ ni C 4- ne se forment au cours d'un processus chimique conventionnel : les composés carbonés contiennent des liaisons covalentes de polarités différentes.

Monoxyde de carbone CO

Monoxyde de carbone ; incolore, inodore, légèrement soluble dans l'eau, soluble dans les solvants organiques, toxique, point d'ébullition = -192°C ; t pl. = -205°C.

Reçu
1) Dans l'industrie (dans les générateurs de gaz) :
C + O 2 = CO 2

2) En laboratoire - décomposition thermique de l'acide formique ou oxalique en présence de H 2 SO 4 (conc.) :
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Propriétés chimiques

Dans des conditions normales, le CO est inerte ; lorsqu'il est chauffé - un agent réducteur; oxyde non salifiant.

1) avec de l'oxygène

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) avec des oxydes métalliques

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) avec du chlore (à la lumière)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (phosgène)

4) réagit avec les matières fondues alcalines (sous pression)

CO + NaOH = HCOONa (formiate de sodium)

5) forme des carbonyles avec les métaux de transition

Ni + 4CO – t° = Ni(CO)4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Monoxyde de carbone (IV) CO2

Dioxyde de carbone, incolore, inodore, solubilité dans l'eau - 0,9 V CO 2 se dissout dans 1 V H 2 O (dans des conditions normales) ; plus lourd que l'air; t°pl. = -78,5°C (le CO 2 solide est appelé « neige carbonique ») ; ne supporte pas la combustion.

Reçu

Décomposition thermique des sels d'acide carbonique (carbonates). Cuisson du calcaire :

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

L'action des acides forts sur les carbonates et bicarbonates :

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

ChimiquepropriétésCO2
Oxyde d'acide : réagit avec les oxydes basiques et les bases pour former des sels d'acide carbonique

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

À des températures élevées, peut présenter des propriétés oxydantes

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Réaction qualitative

Trouble de l'eau de chaux :

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (précipité blanc) + H 2 O

Il disparaît lorsque le CO 2 passe longtemps dans l'eau de chaux, car le carbonate de calcium insoluble se transforme en bicarbonate soluble :

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

L'acide carbonique et sessel

H2CO3 - Acide faible, il existe uniquement en solution aqueuse :

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dibasique :
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Sels d'acides - bicarbonates, bicarbonates
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Sels moyens - carbonates

Toutes les propriétés des acides sont caractéristiques.

Les carbonates et les bicarbonates peuvent se transformer les uns dans les autres :

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

Les carbonates métalliques (sauf les métaux alcalins) se décarboxylent lorsqu'ils sont chauffés pour former un oxyde :

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Réaction qualitative- « ébullition » sous l'influence d'un acide fort :

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Carbures

Carbure de calcium :

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

L'acétylène est libéré lorsque les carbures de zinc, de cadmium, de lanthane et de cérium réagissent avec l'eau :

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C et Al 4 C 3 se décomposent avec l'eau pour former du méthane :

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4.

En technologie, on utilise des carbures de titane TiC, du tungstène W 2 C (alliages durs), du silicium SiC (carborundum - comme abrasif et matériau pour les appareils de chauffage).

Cyanure

obtenu en chauffant de la soude dans une atmosphère d'ammoniac et de monoxyde de carbone :

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

L'acide cyanhydrique HCN est un produit important de l'industrie chimique et est largement utilisé en synthèse organique. Sa production mondiale atteint 200 mille tonnes par an. La structure électronique de l'anion cyanure est similaire à celle du monoxyde de carbone (II) ; ces particules sont appelées isoélectroniques :

C = O : [:C = N:] –

Les cyanures (solution aqueuse à 0,1-0,2 %) sont utilisés dans l'extraction de l'or :

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Lors de l'ébullition de solutions de cyanure avec du soufre ou des solides fondants, elles se forment thiocyanates:
KCN + S = KSCN.

Lorsque les cyanures de métaux peu actifs sont chauffés, le cyanure est obtenu : Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Les solutions de cyanure sont oxydées en cyanates:

2 KCN + O2 = 2 KOCN.

L'acide cyanique existe sous deux formes :

H-N=C=O; H-O-C = N :

En 1828, Friedrich Wöhler (1800-1882) obtenait de l'urée à partir du cyanate d'ammonium : NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 en évaporant une solution aqueuse.

Cet événement est généralement considéré comme la victoire de la chimie de synthèse sur la « théorie vitaliste ».

Il existe un isomère de l'acide cyanique - acide explosif

H-O-N=C.
Ses sels (fulminate mercurique Hg(ONC) 2) sont utilisés dans les allumeurs à impact.

Synthèse urée(urée):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. À 130 0 C et 100 atm.

L'urée est un amide d'acide carbonique ; il existe également son « analogue azoté » – la guanidine.

Carbonates

Les composés carbonés inorganiques les plus importants sont les sels d’acide carbonique (carbonates). H 2 CO 3 est un acide faible (K 1 = 1,3 10 -4 ; K 2 = 5 10 -11). Supports tampon carbonate équilibre du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les océans du monde ont une énorme capacité tampon car ils constituent un système ouvert. La principale réaction tampon est l'équilibre lors de la dissociation de l'acide carbonique :

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Lorsque l'acidité diminue, une absorption supplémentaire du dioxyde de carbone de l'atmosphère se produit avec formation d'acide :
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

À mesure que l'acidité augmente, les roches carbonatées (coquillages, sédiments crayeux et calcaires de l'océan) se dissolvent ; cela compense la perte d'ions hydrocarbonates :

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (solide) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Les carbonates solides se transforment en bicarbonates solubles. C'est ce processus de dissolution chimique de l'excès de dioxyde de carbone qui neutralise « l'effet de serre » - le réchauffement climatique dû à l'absorption du rayonnement thermique de la Terre par le dioxyde de carbone. Environ un tiers de la production mondiale de soude (carbonate de sodium Na 2 CO 3) est utilisé dans la production de verre.