KARBON DI ALAM: LOKASI, SIFAT DAN KEGUNAAN - GEOGRAFÍA - 2025

The karbon di alam dapat ditemukan di berlian, minyak dan grafit, di antara banyak skenario lain. Unsur kimia ini menempati urutan keenam dalam tabel periodik dan terletak pada baris horizontal atau periode 2 dan kolom 14. Ia bukan logam dan tetravalen; artinya, ia dapat membentuk 4 ikatan kimia elektron bersama atau ikatan kovalen.

Karbon adalah unsur paling melimpah di kerak bumi. Kelimpahan ini, keragamannya yang unik dalam pembentukan senyawa organik dan kemampuannya yang luar biasa untuk membentuk makromolekul atau polimer pada suhu yang biasa ditemukan di Bumi, menjadikannya sebagai elemen umum dari semua bentuk kehidupan yang diketahui.

Gambar 1. Karbon dalam bentuk mineralnya. Sumber: Rdamian1234, dari Wikimedia Commons

Karbon ada di alam sebagai unsur kimia tanpa bergabung dalam bentuk grafit dan intan. Akan tetapi, sebagian besar itu bergabung membentuk senyawa kimia karbon, seperti kalsium karbonat (CaCO ₃ ) dan senyawa lain dalam minyak dan gas alam.

Ia juga membentuk berbagai mineral seperti antrasit, batubara, lignit, dan gambut. Pentingnya karbon adalah karena karbon membentuk apa yang disebut "bahan penyusun kehidupan" dan ada di semua organisme hidup.

Di mana karbon ditemukan dan dalam bentuk apa?

Selain menjadi unsur kimia komponen umum dalam semua bentuk kehidupan, karbon di alam hadir dalam tiga bentuk kristal: intan, grafit, dan fullerene.

Ada juga berbagai bentuk mineral amorf dari batubara (antrasit, lignit, batubara, gambut), bentuk cair (jenis minyak) dan gas (gas alam).

Bentuk kristal

Dalam bentuk kristal, atom karbon bergabung membentuk pola teratur dengan susunan spasial geometris.

Grafit

Ini adalah padatan hitam lembut dengan kilau atau kilau logam dan tahan panas (tahan api). Struktur kristalnya menghadirkan atom karbon yang tergabung dalam cincin heksagonal yang, pada gilirannya, bergabung dengan lembaran pembentuk.

Endapan grafit jarang ditemukan dan telah ditemukan di Cina, India, Brasil, Korea Utara, dan Kanada.

berlian

Ini adalah padatan yang sangat keras, transparan terhadap lintasan cahaya dan jauh lebih padat daripada grafit: nilai kepadatan berlian hampir dua kali lipat dari grafit.

Atom karbon di berlian bergabung bersama dalam geometri tetrahedral. Demikian juga, berlian terbentuk dari grafit yang mengalami kondisi suhu dan tekanan yang sangat tinggi (3.000 ^° C dan 100.000 atm).

Sebagian besar berlian terletak antara 140 dan 190 km di dalam mantel. Melalui letusan gunung berapi yang dalam, magma dapat mengangkutnya ke jarak yang dekat dengan permukaan.

Ada endapan berlian di Afrika (Namibia, Ghana, Republik Demokratik Kongo, Sierra Leone dan Afrika Selatan), Amerika (Brasil, Kolombia, Venezuela, Guyana, Peru), Oceania (Australia) dan Asia (India).

Gambar 3. Batubara dan intan. Sumber: XAVI999, dari Wikimedia Commons.

Fullerene

Mereka adalah bentuk molekul karbon yang membentuk kelompok 60 dan 70 atom karbon dalam molekul hampir bulat, mirip dengan bola sepak.

Ada juga fullerene yang lebih kecil dari 20 atom karbon. Beberapa bentuk fullerene termasuk nanotube karbon dan serat karbon.

Gambar 4. Fullerene. IMeowbot, melalui Wikimedia Commons

Bentuk amorf

Dalam bentuk amorf, atom karbon tidak bersatu, membentuk struktur kristal teratur dan teratur. Sebaliknya, mereka bahkan mengandung kotoran dari elemen lain.

Antrasit

Ini adalah batubara mineral metamorf tertua (yang berasal dari modifikasi batuan oleh pengaruh suhu, tekanan atau tindakan kimiawi fluida), sejak pembentukannya berasal dari era primer atau Paleozoikum, periode Karbon.

Antrasit adalah bentuk karbon amorf dengan kandungan tertinggi dari unsur ini: antara 86 dan 95%. Warnanya abu-abu hitam dengan kilau metalik, dan berat serta kompak.

Antrasit umumnya ditemukan di zona deformasi geologi dan merupakan sekitar 1% dari cadangan batubara dunia.

Secara geografis ditemukan di Kanada, Amerika Serikat, Afrika Selatan, Prancis, Inggris Raya, Jerman, Rusia, Cina, Australia dan Kolombia.

Gambar 5. Antrasit, batubara tertua dengan kandungan karbon tertinggi. Educerva, dari Wikimedia Commons

Batu bara

Ini adalah batubara mineral, batuan sedimen yang berasal dari organik, yang pembentukannya berasal dari era Paleozoikum dan Mesozoikum. Ini memiliki kandungan karbon antara 75 dan 85%.

Warnanya hitam, ditandai dengan buram dan memiliki penampilan matte dan berminyak, karena memiliki kandungan zat bitumen yang tinggi. Ini dibentuk oleh kompresi lignit di era Paleozoikum, di periode Carboniferous dan Permian.

Ini adalah bentuk karbon paling melimpah di planet ini. Terdapat deposit batu bara yang besar di Amerika Serikat, Inggris Raya, Jerman, Rusia, dan Cina.

Batu bara muda

Merupakan fosil mineral batubara yang terbentuk pada zaman Tersier dari gambut dengan cara kompresi (tekanan tinggi). Ia memiliki kandungan karbon yang lebih rendah dari batubara, antara 70 dan 80%.

Ini adalah bahan yang agak padat, rapuh (karakteristik yang membedakannya dari mineral karbon lainnya), berwarna coklat atau hitam. Teksturnya mirip dengan kayu dan kandungan karbonnya berkisar antara 60 hingga 75%.

Ini adalah bahan bakar yang mudah menyala, dengan nilai kalori rendah dan kandungan air lebih rendah dari gambut.

Ada tambang lignit penting di Jerman, Rusia, Republik Ceko, Italia (Veneto, Tuscany, wilayah Umbria) dan Sardinia. Di Spanyol, endapan lignit berada di Asturias, Andorra, Zaragoza dan La Coruña.

Gambut

Ini adalah bahan asal organik yang pembentukannya berasal dari era Kuarter, jauh lebih baru dari batubara sebelumnya.

Warnanya kuning kecoklatan dan muncul dalam bentuk massa spons kepadatan rendah, di mana Anda dapat melihat sisa-sisa tanaman dari tempat asalnya.

Berbeda dengan batubara yang disebutkan di atas, gambut tidak berasal dari proses karbonisasi bahan berkayu atau kayu, tetapi terbentuk dari penumpukan tumbuhan -terutama rumput dan lumut- di daerah rawa melalui proses karbonisasi yang belum selesai. .

Gambut memiliki kandungan air yang tinggi; untuk alasan ini diperlukan pengeringan dan pemadatan sebelum digunakan.

Ini memiliki kandungan karbon rendah (hanya 55%); oleh karena itu, ia memiliki nilai energi yang rendah. Saat mengalami pembakaran, residu abunya melimpah dan mengeluarkan banyak asap.

Terdapat endapan gambut yang penting di Chili, Argentina (Tierra del Fuego), Spanyol (Espinosa de Cerrato, Palencia), Jerman, Denmark, Belanda, Rusia, Prancis.

Gambar 6. Reservoir gambut. Christian Fischer, dari Wikimedia Commons

Minyak, gas alam, dan aspal

Minyak bumi (dari bahasa Latin petrae, yang berarti "batu"; dan oleum, yang berarti "minyak": "minyak batu") adalah campuran dari banyak senyawa organik - kebanyakan hidrokarbon - yang dihasilkan oleh dekomposisi bakteri anaerobik (dengan tidak adanya oksigen) dari bahan organik.

Itu terbentuk di bawah tanah, pada kedalaman yang sangat dalam dan di bawah kondisi khusus baik fisik (tekanan dan suhu tinggi) dan kimia (adanya senyawa katalis tertentu) dalam proses yang memakan waktu jutaan tahun.

Selama proses ini, C dan H dilepaskan dari jaringan organik dan bergabung, bergabung kembali, untuk membentuk sejumlah besar hidrokarbon yang bercampur sesuai dengan sifatnya, membentuk gas alam, minyak dan bitumen.

Ladang minyak dunia terutama terletak di Venezuela, Arab Saudi, Irak, Iran, Kuwait, Uni Emirat Arab, Rusia, Libya, Nigeria dan Kanada.

Ada antara lain cadangan gas alam di Rusia, Iran, Venezuela, Qatar, Amerika Serikat, Arab Saudi, dan Uni Emirat Arab.

Sifat fisik dan kimia

Di antara sifat-sifat karbon kami dapat menyebutkan yang berikut:

Simbol kimia

C.

Nomor atom

6.

Keadaan fisik

Padat, dalam kondisi tekanan dan suhu normal (1 atmosfer dan 25 ^° C).

Warna

Abu-abu (grafit) dan transparan (berlian).

Massa atom

12,011 g / mol.

Titik lebur

500 ^° C.

Titik didih

827 ^° C.

Massa jenis

2,62 g / cm ³ .

Kelarutan

Tidak larut dalam air, larut dalam CCl ₄ karbon tetraklorida .

Konfigurasi elektronik

1s ² 2s ² 2p ² .

Jumlah elektron di kulit terluar atau valensi

Empat.

Kapasitas tautan

Empat.

Catenation

Ia memiliki kemampuan untuk membentuk senyawa kimia dalam rantai panjang.

Siklus biogeokimia

Siklus karbon adalah proses melingkar biogeokimia dimana karbon dapat dipertukarkan antara biosfer bumi, atmosfer, hidrosfer, dan litosfer.

Pengetahuan tentang proses siklus karbon di Bumi memungkinkan kita untuk mendemonstrasikan tindakan manusia pada siklus ini dan konsekuensinya terhadap perubahan iklim global.

Karbon dapat beredar di antara lautan dan badan air lainnya, serta antara litosfer, di tanah dan lapisan bawah tanah, di atmosfer, dan di biosfer. Di atmosfer dan hidrosfer, karbon berada dalam bentuk gas sebagai CO ₂ (karbon dioksida).

Fotosintesis

Karbon dari atmosfer ditangkap oleh organisme penghasil darat dan air dalam ekosistem (organisme fotosintetik).

Fotosintesis memungkinkan terjadinya reaksi kimia antara CO ₂ dan air, yang dimediasi oleh energi matahari dan klorofil dari tumbuhan, untuk menghasilkan karbohidrat atau gula. Proses ini mengubah molekul sederhana dengan kandungan energi rendah CO ₂ , H ₂ O dan oksigen O ₂ , menjadi bentuk molekul berenergi tinggi yang kompleks, yaitu gula.

Organisme heterotrofik - yang tidak dapat berfotosintesis dan merupakan konsumen dalam ekosistem - memperoleh karbon dan energi dengan memakan produsen dan konsumen lain.

Respirasi dan dekomposisi

Respirasi dan dekomposisi adalah proses biologis yang melepaskan karbon ke lingkungan dalam bentuk CO ₂ atau CH ₄ (metana yang dihasilkan dalam dekomposisi anaerob; yaitu tanpa oksigen).

Proses geologi

Melalui proses geologi dan sebagai konsekuensi dari berlalunya waktu, karbon dari dekomposisi anaerobik dapat diubah menjadi bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas alam dan batubara. Demikian pula, karbon juga merupakan bagian dari mineral dan batuan lainnya.

Gangguan aktivitas manusia

Ketika manusia menggunakan pembakaran bahan bakar fosil untuk energi, karbon kembali ke atmosfer dalam bentuk CO _{2 dalam} jumlah besar yang tidak dapat diasimilasi oleh siklus karbon biogeokimia alami.

Kelebihan CO _{2 yang} dihasilkan oleh aktivitas manusia ini berdampak negatif pada keseimbangan siklus karbon dan merupakan penyebab utama pemanasan global.

Gambar 2. Siklus biogeokimia karbon. Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: Pengguna Kevin Saff di en.wikipedia Karya turunan: FischX Terjemahan: Tomás Clarke, melalui Wikimedia Commons

Aplikasi

Penggunaan karbon dan senyawanya sangat bervariasi. Yang paling menonjol dengan yang berikut:

Minyak dan gas alam

Penggunaan ekonomi utama karbon diwakili oleh penggunaannya sebagai hidrokarbon bahan bakar fosil, seperti gas metana dan minyak.

Minyak disuling di kilang untuk mendapatkan berbagai turunannya seperti bensin, solar, minyak tanah, aspal, pelumas, pelarut dan lain-lain, yang selanjutnya digunakan dalam industri petrokimia yang menghasilkan bahan baku untuk industri plastik, pupuk, obat-obatan dan cat. , di antara yang lain.

Grafit

Grafit digunakan dalam tindakan berikut:

- Digunakan dalam pembuatan pensil, dicampur dengan tanah liat.

- Ini adalah bagian dari elaborasi batu bata tahan api dan cawan lebur, tahan terhadap panas.

- Pada berbagai perangkat mekanis seperti ring, bearing, piston, dan seal.

- Ini adalah pelumas padat yang sangat baik.

- Karena konduktivitas listrik dan kelembaman kimianya, ia digunakan dalam pembuatan elektroda, karbon untuk motor listrik.

- Digunakan sebagai moderator di pembangkit listrik tenaga nuklir.

berlian

Berlian memiliki sifat fisik yang luar biasa, seperti tingkat kekerasan dan konduktivitas termal tertinggi yang diketahui hingga saat ini.

Karakteristik ini memungkinkan aplikasi industri pada perkakas yang digunakan untuk membuat potongan dan instrumen untuk pemolesan karena tingkat abrasi yang tinggi.

Sifat optiknya - seperti transparansi dan kemampuan untuk memecah cahaya putih dan membiaskan cahaya - memberikan banyak aplikasi dalam instrumen optik, seperti dalam pembuatan lensa dan prisma.

Kilau karakteristik yang berasal dari sifat optiknya juga sangat dihargai di industri perhiasan.

Antrasit

Antrasit sulit untuk dinyalakan, pembakarannya lambat dan membutuhkan banyak oksigen. Pembakarannya menghasilkan sedikit nyala api biru pucat dan mengeluarkan banyak panas.

Beberapa tahun yang lalu, antrasit digunakan di pabrik termoelektrik dan untuk pemanas rumah tangga. Penggunaannya memiliki keuntungan seperti produksi abu atau debu yang sedikit, sedikit asap dan proses pembakaran yang lambat.

Karena biaya ekonomi yang tinggi dan kelangkaannya, antrasit telah digantikan oleh gas alam di pembangkit listrik termoelektrik dan oleh listrik di rumah.

Batu bara

Batubara digunakan sebagai bahan baku untuk memperoleh:

- Coke, bahan bakar dari tanur sembur di pabrik baja.

- Creosote, diperoleh dengan mencampur distilat ter dari batu bara dan digunakan sebagai sealant pelindung untuk kayu yang terkena elemen.

- Cresol (secara kimiawi methylphenol) diekstrak dari batubara dan digunakan sebagai desinfektan dan antiseptik,

- Turunan lainnya seperti gas, tar atau pitch, dan senyawa yang digunakan dalam pembuatan parfum, insektisida, plastik, cat, ban, dan trotoar jalan, antara lain.

Batu bara muda

Lignit merupakan bahan bakar berkualitas menengah. Jet, berbagai lignit, dicirikan sangat kompak karena proses karbonisasi yang lama dan tekanan tinggi, dan digunakan dalam perhiasan dan ornamen.

Gambut

Gambut digunakan dalam kegiatan berikut;

- Untuk pertumbuhan, dukungan dan transportasi spesies tumbuhan.

- Sebagai kompos organik.

- Sebagai tempat tidur hewan di kandang kuda.

- Sebagai bahan bakar berkualitas rendah.

Referensi

1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. dan Price, G. (2017). Chemistry3: Memperkenalkan Kimia Anorganik, Organik dan Fisik. Oxford University Press.
2. Deming, A. (2010). Raja elemen? Nanoteknologi. 21 (30): 300201. doi: 10.1088
3. Dienwiebel, M., Verhoeven, G., Pradeep, N., Frenken, J., Heimberg, J. dan Zandbergen, H. (2004). Superlubricity dari Grafit. Surat Review Fisik. 92 (12): 126101. doi: 10.1103
4. Irifune, T., Kurio, A., Sakamoto, S., Inoue, T. dan Sumiya, H. (2003). Bahan: Berlian polikristalin ultrahard dari grafit. Alam. 421 (6923): 599–600. doi: 10.1038
5. Savvatimskiy, A. (2005). Pengukuran titik leleh grafit dan sifat karbon cair (tinjauan 1963-2003). Batu bara. 43 (6): 1115. doi: 10.1016