Hiili
Hiili
Hiilen ominaisuudet
Hiili on yksi yleisimmistä luonnon alkuaineista. Hiilen kemiallinen merkki on C ja se sijaitsee jaksollisessa järjestelmässä joko neljännessä pääryhmässä tai neljännessätoista ryhmässä. Sen uloimmalla elektronikuorella on neljä elektronia ja niin hiili voi muodostaa muiden epämetallien kanssa neljä kovalenttista sidosta. Hiilen järjestysluku on kuusi ja sillä on elektronikuoria kaksi. Hiilen atomin ytimessä on kuusi protonia ja kuusi neutronia.
Hiili yhdisteet
Hiiliyhdisteisiin kuuluvat orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet. Tärkein näistä on orgaaniset yhdisteet. Ne ovat saaneet nimensä siitä, että useat niistä on löydetty luonnosta. Orgaaniset yhdisteet sisältävät hiiltä ja vetyä sekä pieniä määriä muita alkuaineita. Orgaanisen yhdisteen molekyylit ovat suuria ja ne voivat sisältää useita atomeja. Näissä orgaanisissa molekyyleissä hiilen jokainen ulkoelektroni osallistuu sidoksiin. Orgaanisia yhdisteitä ovat esimerkiksi. metaani ja karboksyylihapot.
Epäorgaaniset yhdisteet ovat saaneet nimensä "ei-eloperäisistä" yhdisteistä. Ne eivät sisällä hiiltä, vaan muita alkuaineita. Epäorgaanisia yhdisteitä ovat esimerkiksi. hiilidioksidi, hiilimonoksidi eli häkä, hiilihappo ja hiilihapon suolat, johon kuuluvat karbonaatit. Hiilidioksidi ja metaani ovat kasvihuonekaasuja, jotka vaikuttavat maapallon ilmastoon negatiivisesti.
Orgaaninen kemia on luonnon ja synteettisten orgaanisten yhdisteiden kemiaa. Kun taas epäorgaaninen kemia on yhdisteiden ja aineiden kemiaa, jossa ei ole hiiltä.
Hiilen kiertokulku
Hiilen kiertokulku kuvaa sitä, miten hiili kiertää ilman, veden ja maaperän välillä. Ensimmäiseksi kasvien ja levien viherhiukkasissa tapahtuu yhteyttämisreaktio. Silloin vedestä ja hiilidioksista syntyy sokeria ja happea. Eläimet hengittävät ilmakehään hiilidioksidia ja päästävät mädäntyessään metaania. Lahoaminen ja soluhengitys muuttaa sokeriin sitoutuneen hiilen hiilidioksidiksi. Sen myötä hapettomissa olosuhteissa eliöiden hiiliyhdisteet muuttuvat monien vuosien kuluessa öljyksi, maakaasuksi ja kivihiileksi. Polttoaineiden palaessa hiiliyhdisteiden hiili palaa hiilidioksidiksi. Sen jälkeen hiilidioksidi liukenee vesistöihin.
Hiilen esiintymimuodot
Alkuainehiilen esiintymismuotoja on monia. Eri muodoissa hiiliatomit ovat sitoutuneet toisiinsa eri tavoin kovalenttisilla sidoksilla. Eri muotoja ovat timantti, grafiitti, grafeeni, fullereeni ja nanoputket.
Timantti on yksi kovimmista luonnossa esiintyvistä aineista. Timantin rakenne koostuu kahdesta pohjastaan kiinnittyneistä pyramideista. Timanttikiteessä hiiliatomit ovat sitoutuneet toisiinsa kovalenttisillä sidoksilla. Se on syntynyt maan alla kovassa paineessa ja kuumuudessa. Timantti ei johda sähköä mutta se on on hyvä lämmönjohde. Timanttia on jalokivi, joten sitä käytetään esimerkiksi, erilaisissa koruissa.
Grafiitti on pehmeämpi hiilen muoto, jonka takia se on yleisin hiilen muoto. Grafiitissa hiiliatomit ovat ryhmittyneet fuusioituneiksi kuusirenkaiksi ja se koostuu grafeenikerroksista. Sitä käytetään esimerkiksi, sähkömoottoreissa ja lyijykynän lyijyssä.
Grafeeni on todella uusi hiilen muoto, joka koostuu yhdestä kerroksesta toisiinsa sitoutuneita hiiliatomeja. Grafeeni on aineena hyvin kestävä, joustava, venyvä ja erinomainen sähkön- ja lämmönjohde. Sitä käytetään esimerkiksi, autoissa ja lääketieteessä.
Fullereeni tarkoittaa grafeetista muodostuneita pallomaisia rakenteita. Se koostuu ontoista hiiliatomipalloista. Nanoputki on luja rakenteinen, grafeenista muodostunut putki. Se on molekyyli, joka on muodostunut hiiliatomeista. Nanoputki on samankaltainen kuin fullereeni mutta vain venytetyssä muodossa.
Grafeeni, fullereeni ja nanoputket ovat suprajohteita, jonka myötä ne pystyvät johtaa sähköä ilman vastusta erittäin alhaisessa lämpötilassa.
Missä hiiltä on ja mihin sitä lisätään?
Hiiltä on kaikkialla. Sitä on esimerkiksi. eläimissä, ihmisessä ja luonnossa. Hiiltä on liuonneena ilmaan hiilidioksidina ja veteen. Hiiltä käytetään kosmetiikassa, lääkkeissä, hiilipitoisissa polttoaineissa esimerkiksi, fossiilisissa polttoaineissa kuten maakaasun, maaöljyn ja kivihiilen tuotannossa.
Lähteet:
Muilu Helena & Virtanen Tommi: Titaani, kemia 7-9. Otava 2016.
https://fi.wikipedia.org/wiki/Hiili (17.1.2019)
https://peda.net/p/NaukioMJFyke/testi/hiili (17.1.2019)
http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/kemia/kemia3/hiili.html (17.1.2019)
https://fi.wikipedia.org/wiki/Timantti (17.1.2019)
https://fi.wikipedia.org/wiki/Grafiitti (17.1.2019)
https://peda.net/kemi/perusopetus/hepolan-koulu/oppiaineet/e-opin-oppikirjat/kemia/oppikirja/III/10 (20.1.2019) (kuva)
Hiili on yksi yleisimmistä luonnon alkuaineista. Hiilen kemiallinen merkki on C ja se sijaitsee jaksollisessa järjestelmässä joko neljännessä pääryhmässä tai neljännessätoista ryhmässä. Sen uloimmalla elektronikuorella on neljä elektronia ja niin hiili voi muodostaa muiden epämetallien kanssa neljä kovalenttista sidosta. Hiilen järjestysluku on kuusi ja sillä on elektronikuoria kaksi. Hiilen atomin ytimessä on kuusi protonia ja kuusi neutronia.
Hiili yhdisteet
Hiiliyhdisteisiin kuuluvat orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet. Tärkein näistä on orgaaniset yhdisteet. Ne ovat saaneet nimensä siitä, että useat niistä on löydetty luonnosta. Orgaaniset yhdisteet sisältävät hiiltä ja vetyä sekä pieniä määriä muita alkuaineita. Orgaanisen yhdisteen molekyylit ovat suuria ja ne voivat sisältää useita atomeja. Näissä orgaanisissa molekyyleissä hiilen jokainen ulkoelektroni osallistuu sidoksiin. Orgaanisia yhdisteitä ovat esimerkiksi. metaani ja karboksyylihapot.
Epäorgaaniset yhdisteet ovat saaneet nimensä "ei-eloperäisistä" yhdisteistä. Ne eivät sisällä hiiltä, vaan muita alkuaineita. Epäorgaanisia yhdisteitä ovat esimerkiksi. hiilidioksidi, hiilimonoksidi eli häkä, hiilihappo ja hiilihapon suolat, johon kuuluvat karbonaatit. Hiilidioksidi ja metaani ovat kasvihuonekaasuja, jotka vaikuttavat maapallon ilmastoon negatiivisesti.
Orgaaninen kemia on luonnon ja synteettisten orgaanisten yhdisteiden kemiaa. Kun taas epäorgaaninen kemia on yhdisteiden ja aineiden kemiaa, jossa ei ole hiiltä.
Hiilen kiertokulku
Hiilen kiertokulku kuvaa sitä, miten hiili kiertää ilman, veden ja maaperän välillä. Ensimmäiseksi kasvien ja levien viherhiukkasissa tapahtuu yhteyttämisreaktio. Silloin vedestä ja hiilidioksista syntyy sokeria ja happea. Eläimet hengittävät ilmakehään hiilidioksidia ja päästävät mädäntyessään metaania. Lahoaminen ja soluhengitys muuttaa sokeriin sitoutuneen hiilen hiilidioksidiksi. Sen myötä hapettomissa olosuhteissa eliöiden hiiliyhdisteet muuttuvat monien vuosien kuluessa öljyksi, maakaasuksi ja kivihiileksi. Polttoaineiden palaessa hiiliyhdisteiden hiili palaa hiilidioksidiksi. Sen jälkeen hiilidioksidi liukenee vesistöihin.
Hiilen esiintymimuodot
Alkuainehiilen esiintymismuotoja on monia. Eri muodoissa hiiliatomit ovat sitoutuneet toisiinsa eri tavoin kovalenttisilla sidoksilla. Eri muotoja ovat timantti, grafiitti, grafeeni, fullereeni ja nanoputket.
Timantti on yksi kovimmista luonnossa esiintyvistä aineista. Timantin rakenne koostuu kahdesta pohjastaan kiinnittyneistä pyramideista. Timanttikiteessä hiiliatomit ovat sitoutuneet toisiinsa kovalenttisillä sidoksilla. Se on syntynyt maan alla kovassa paineessa ja kuumuudessa. Timantti ei johda sähköä mutta se on on hyvä lämmönjohde. Timanttia on jalokivi, joten sitä käytetään esimerkiksi, erilaisissa koruissa.
Grafiitti on pehmeämpi hiilen muoto, jonka takia se on yleisin hiilen muoto. Grafiitissa hiiliatomit ovat ryhmittyneet fuusioituneiksi kuusirenkaiksi ja se koostuu grafeenikerroksista. Sitä käytetään esimerkiksi, sähkömoottoreissa ja lyijykynän lyijyssä.
Grafeeni on todella uusi hiilen muoto, joka koostuu yhdestä kerroksesta toisiinsa sitoutuneita hiiliatomeja. Grafeeni on aineena hyvin kestävä, joustava, venyvä ja erinomainen sähkön- ja lämmönjohde. Sitä käytetään esimerkiksi, autoissa ja lääketieteessä.
Fullereeni tarkoittaa grafeetista muodostuneita pallomaisia rakenteita. Se koostuu ontoista hiiliatomipalloista. Nanoputki on luja rakenteinen, grafeenista muodostunut putki. Se on molekyyli, joka on muodostunut hiiliatomeista. Nanoputki on samankaltainen kuin fullereeni mutta vain venytetyssä muodossa.
Grafeeni, fullereeni ja nanoputket ovat suprajohteita, jonka myötä ne pystyvät johtaa sähköä ilman vastusta erittäin alhaisessa lämpötilassa.
Missä hiiltä on ja mihin sitä lisätään?
Hiiltä on kaikkialla. Sitä on esimerkiksi. eläimissä, ihmisessä ja luonnossa. Hiiltä on liuonneena ilmaan hiilidioksidina ja veteen. Hiiltä käytetään kosmetiikassa, lääkkeissä, hiilipitoisissa polttoaineissa esimerkiksi, fossiilisissa polttoaineissa kuten maakaasun, maaöljyn ja kivihiilen tuotannossa.
Lähteet:
Muilu Helena & Virtanen Tommi: Titaani, kemia 7-9. Otava 2016.
https://fi.wikipedia.org/wiki/Hiili (17.1.2019)
https://peda.net/p/NaukioMJFyke/testi/hiili (17.1.2019)
http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/kemia/kemia3/hiili.html (17.1.2019)
https://fi.wikipedia.org/wiki/Timantti (17.1.2019)
https://fi.wikipedia.org/wiki/Grafiitti (17.1.2019)
https://peda.net/kemi/perusopetus/hepolan-koulu/oppiaineet/e-opin-oppikirjat/kemia/oppikirja/III/10 (20.1.2019) (kuva)