प्रकृति में कार्बन: स्थान, गुण और उपयोग - GEOGRAFIA - 2025

प्रकृति में कार्बन कई अन्य परिदृश्यों के बीच हीरे, तेल और ग्रेफाइट्स, में पाया जा सकता। यह रासायनिक तत्व आवधिक तालिका में छठे स्थान पर है और क्षैतिज पंक्ति या अवधि 2 और स्तंभ 14 में स्थित है। यह गैर-धातु और टेट्रावेलेंट है; यही है, यह 4 साझा इलेक्ट्रॉन रासायनिक बांड या सहसंयोजक बांड स्थापित कर सकता है।

पृथ्वी की पपड़ी में कार्बन सबसे प्रचुर तत्व है। यह बहुतायत, कार्बनिक यौगिकों के निर्माण में इसकी अद्वितीय विविधता, और पृथ्वी पर आमतौर पर पाए जाने वाले तापमान पर मैक्रोमोलेक्युलस या पॉलिमर बनाने की इसकी असाधारण क्षमता, इसे सभी ज्ञात जीवन रूपों के एक सामान्य तत्व के रूप में काम करती है।

चित्र 1. कार्बन अपने खनिज रूप में। स्रोत: Rdamian1234, विकिमीडिया कॉमन्स से

ग्रेफाइट और हीरे के रूपों में संयोजन के बिना कार्बन एक रासायनिक तत्व के रूप में प्रकृति में मौजूद है। हालांकि, अधिकांश भाग के लिए यह कार्बन रासायनिक यौगिकों, जैसे कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO ₃) और तेल और प्राकृतिक गैस में अन्य यौगिकों के रूप में संयुक्त है।

यह विभिन्न खनिजों जैसे एन्थ्रेसाइट, कोयला, लिग्नाइट, और पीट भी बनाता है। कार्बन का सबसे बड़ा महत्व यह है कि यह तथाकथित "जीवन के निर्माण ब्लॉक" का गठन करता है और सभी जीवित जीवों में मौजूद होता है।

कार्बन कहां और किस रूप में पाया जाता है?

जीवन के सभी रूपों में सामान्य घटक रासायनिक तत्व होने के अलावा, प्रकृति में कार्बन तीन क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद है: हीरा, ग्रेफाइट और फुलरीन।

कोयला (एन्थ्रेसाइट, लिग्नाइट, कोयला, पीट), तरल रूप (तेल की किस्में) और गैसीय (प्राकृतिक गैस) के कई अनाकार खनिज रूप भी हैं।

क्रिस्टलीय रूप

क्रिस्टलीय रूपों में, कार्बन परमाणु ज्यामितीय स्थानिक व्यवस्था के साथ आदेशित पैटर्न बनाने के लिए जुड़ते हैं।

सीसा

यह एक धातु की चमक या चमक और गर्मी प्रतिरोधी (दुर्दम्य) के साथ एक नरम काला ठोस है। इसकी क्रिस्टलीय संरचना कार्बन परमाणुओं को हेक्सागोनल रिंगों में शामिल करती है, जो बदले में, शीट बनाने में शामिल होती हैं।

ग्रेफाइट जमा दुर्लभ हैं और चीन, भारत, ब्राजील, उत्तर कोरिया और कनाडा में पाए गए हैं।

हीरा

यह एक बहुत ही कठोर ठोस, प्रकाश के मार्ग के लिए पारदर्शी और ग्रेफाइट की तुलना में बहुत अधिक सघन है: हीरे के घनत्व का मान ग्रेफाइट के लगभग दोगुना है।

हीरे में कार्बन परमाणु टेट्राहेड्रल ज्यामिति में एक साथ जुड़ जाते हैं। इसी तरह, हीरे का निर्माण ग्रेफाइट से होता है जो बहुत उच्च तापमान और दबाव (3,000 ^° C और 100,000 atm) की स्थितियों के अधीन होता है ।

अधिकांश हीरे 140 और 190 किमी के बीच मेंटल में स्थित हैं। गहरे ज्वालामुखीय विस्फोटों के माध्यम से, मैग्मा उन्हें सतह के करीब दूरी तक ले जा सकता है।

अफ्रीका (नामीबिया, घाना, कांगो लोकतांत्रिक गणराज्य, सिएरा लियोन और दक्षिण अफ्रीका), अमेरिका (ब्राजील, कोलंबिया, वेनेजुएला, गुयाना, पेरू), ओशिनिया (ऑस्ट्रेलिया) और एशिया (भारत) में हीरे जमा हैं।

चित्रा 3. कोयला और हीरा। स्रोत: XAVI999, विकिमीडिया कॉमन्स से

फुलरीन

वे कार्बन के आणविक रूप हैं जो फ़ुटबॉल गेंदों के समान लगभग गोलाकार अणुओं में 60 और 70 कार्बन परमाणुओं के समूह बनाते हैं।

20 कार्बन परमाणुओं के छोटे फुलरीन भी हैं। फुलरीन के कुछ रूपों में कार्बन नैनोट्यूब और कार्बन फाइबर शामिल हैं।

चित्रा 4. फुलरीन। विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से IMeowbot

अनाकार रूप

अनाकार रूपों में, कार्बन परमाणु एक व्यवस्थित और नियमित क्रिस्टलीय संरचना का गठन नहीं करते हैं। इसके बजाय, वे भी अन्य तत्वों से अशुद्धियों होते हैं।

एन्थ्रेसाइट

यह सबसे पुराना मेटामॉर्फिक खनिज कोयला है (जो तापमान, दबाव या तरल पदार्थों की रासायनिक क्रिया के प्रभाव से चट्टानों के संशोधन से आता है), क्योंकि इसका गठन प्राथमिक या पैलियोज़ोइक युग, कार्बोनिफेरस काल से होता है।

एन्थ्रेसाइट इस तत्व की उच्चतम सामग्री के साथ कार्बन का अनाकार रूप है: 86 और 95% के बीच। यह धात्विक चमक के साथ भूरे-काले रंग का है, और यह भारी और कॉम्पैक्ट है।

एन्थ्रेसाइट आम तौर पर भूवैज्ञानिक विकृति क्षेत्रों में पाया जाता है और दुनिया के कोयले के भंडार का लगभग 1% बनता है।

भौगोलिक रूप से यह कनाडा, अमेरिका, दक्षिण अफ्रीका, फ्रांस, ग्रेट ब्रिटेन, जर्मनी, रूस, चीन, ऑस्ट्रेलिया और कोलंबिया में पाया जाता है।

चित्रा 5. एन्थ्रेसाइट, उच्चतम कार्बन सामग्री वाला सबसे पुराना कोयला। Educerva, विकिमीडिया कॉमन्स से

कोयला

यह एक खनिज कोयला है, जो कार्बनिक मूल की एक अवसादी चट्टान है, जिसका गठन पैलियोज़ोइक और मेसोज़ोइक युग से होता है। इसमें 75 से 85% के बीच कार्बन सामग्री होती है।

यह रंग में काला है, अपारदर्शी होने और एक मैट और चिकना दिखने की विशेषता है, क्योंकि इसमें बिटुमिनस पदार्थों की एक उच्च सामग्री है। यह कार्बोनिफेरस और पर्मियन काल में पेलियोजोइक युग में लिग्नाइट के संपीड़न द्वारा बनाई गई है।

यह ग्रह पर कार्बन का सबसे प्रचुर रूप है। संयुक्त राज्य अमेरिका, ग्रेट ब्रिटेन, जर्मनी, रूस और चीन में बड़े कोयले के भंडार हैं।

लिग्नाइट

यह संपीड़न (उच्च दबाव) से पीट से तृतीयक युग में गठित एक खनिज जीवाश्म कोयला है। इसमें कोयले की तुलना में 70 और 80% के बीच कार्बन की मात्रा कम होती है।

यह थोड़ी कॉम्पैक्ट सामग्री है, crumbly (एक विशेषता जो इसे अन्य कार्बन खनिजों से अलग करती है), भूरे या काले रंग की। इसकी बनावट लकड़ी के समान है और इसकी कार्बन सामग्री 60 से 75% तक है।

यह एक आसान-से-प्रज्वलित ईंधन है, जिसमें कम कैलोरी मान और पीट की तुलना में कम पानी की मात्रा होती है।

जर्मनी, रूस, चेक गणराज्य, इटली (वेनेटो, टस्कनी, अम्ब्रिया क्षेत्रों) और सार्डिनिया में महत्वपूर्ण लिग्नाइट खदानें हैं। स्पेन में, लिग्नाइट जमा अस्टुरियस, अंडोरा, ज़रागोज़ा और ला कोरुना में हैं।

पीट

यह कार्बनिक मूल की एक सामग्री है जिसका गठन क्वाटरनरी युग से आता है, पिछले कोयले की तुलना में बहुत अधिक हाल ही में।

यह भूरे रंग का पीला होता है और कम घनत्व वाले स्पंजी द्रव्यमान के रूप में दिखाई देता है, जिसमें आप देख सकते हैं कि पौधे की उत्पत्ति उस स्थान से हुई है जहाँ इसकी उत्पत्ति हुई थी।

ऊपर वर्णित कोयले के विपरीत, पीट वुडन सामग्री या लकड़ी के कार्बोनाइजेशन प्रक्रियाओं से नहीं आता है, लेकिन पौधों के जमाव से घास और काई के संचय से बनता है- दलदली क्षेत्रों में एक कार्बनीकरण प्रक्रिया के माध्यम से जो पूरा नहीं हुआ है। ।

पीट में पानी की एक उच्च सामग्री है; इस कारण से इसे उपयोग करने से पहले सुखाने और संघनन की आवश्यकता होती है।

इसमें कम कार्बन सामग्री (केवल 55%) है; इसलिए, इसका कम ऊर्जा मूल्य है। जब दहन के अधीन होता है, तो इसका राख अवशेष प्रचुर मात्रा में होता है और यह बहुत अधिक धुआं उत्सर्जित करता है।

चिली, अर्जेंटीना (Tierra del Fuego), स्पेन (Espinosa de Cerrato, Palencia), जर्मनी, डेनमार्क, हॉलैंड, रूस, फ्रांस में पीट के महत्वपूर्ण भंडार हैं।

चित्रा 6. पीट जलाशय। विकिमीडिया कॉमन्स से क्रिश्चियन फिशर

तेल, प्राकृतिक गैस और कोलतार

पेट्रोलियम (लैटिन पेट्राई से, जिसका अर्थ है "पत्थर"; और ओलियम, जिसका अर्थ है "तेल": "रॉक तेल") कई कार्बनिक यौगिकों का मिश्रण है - उनमें से अधिकांश हाइड्रोकार्बन - अवायवीय जीवाणु अपघटन (अनुपस्थिति में) द्वारा निर्मित होते हैं कार्बनिक पदार्थ का ऑक्सीजन)।

यह सबसॉइल में, बड़ी गहराई पर और विशेष परिस्थितियों में दोनों भौतिक (उच्च दबाव और तापमान) और रासायनिक (विशिष्ट उत्प्रेरक यौगिकों की उपस्थिति) में एक प्रक्रिया में बनाया गया था, जिसमें लाखों साल लगे।

इस प्रक्रिया के दौरान, C और H को कार्बनिक ऊतकों से छोड़ा गया और पुन: संयोजित होकर, हाइड्रोकार्बन की विशाल संख्या बनाने के लिए, जो कि उनके गुणों के अनुसार मिश्रित होते हैं, प्राकृतिक गैस, तेल और कोलतार बनाते हैं।

दुनिया के तेल क्षेत्र मुख्य रूप से वेनेजुएला, सऊदी अरब, इराक, ईरान, कुवैत, संयुक्त अरब अमीरात, रूस, लीबिया, नाइजीरिया और कनाडा में स्थित हैं।

रूस, ईरान, वेनेजुएला, कतर, संयुक्त राज्य अमेरिका, सऊदी अरब और संयुक्त अरब अमीरात में प्राकृतिक गैस के भंडार हैं।

भौतिक और रासायनिक गुण

कार्बन के गुणों में हम निम्नलिखित का उल्लेख कर सकते हैं:

रासायनिक प्रतीक

सी।

परमाणु क्रमांक

6।

भौतिक अवस्था

ठोस, सामान्य दबाव और तापमान की स्थिति (1 वातावरण और 25 ^{डिग्री} सेल्सियस) के तहत ।

रंग

ग्रे (ग्रेफाइट) और पारदर्शी (हीरा)।

परमाणु भार

12.011 जी / मोल।

गलनांक

500 ^{° से} ।

क्वथनांक

827 ^° C है।

घनत्व

2.62 ग्राम / सेमी ³ ।

घुलनशीलता

पानी में अघुलनशील, CCl ₄ कार्बन टेट्राक्लोराइड में घुलनशील ।

इलेक्ट्रोनिक विन्यास

1s ² 2s ² 2p ² ।

बाहरी या वैलेंस शेल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या

चार।

लिंक की क्षमता

चार।

श्रृंखलन

इसमें लंबी श्रृंखलाओं में रासायनिक यौगिक बनाने की क्षमता है।

बायोगैकेमिकल चक्र

कार्बन चक्र एक जैव-रासायनिक गोलाकार प्रक्रिया है, जिसके माध्यम से कार्बन का पृथ्वी के जीवमंडल, वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल के बीच आदान-प्रदान किया जा सकता है।

पृथ्वी पर कार्बन की इस चक्रीय प्रक्रिया का ज्ञान इस चक्र पर मानवीय कार्रवाई और वैश्विक जलवायु परिवर्तन पर इसके परिणामों को प्रदर्शित करना संभव बनाता है।

कार्बन महासागरों और पानी के अन्य पिंडों के साथ-साथ लिथोस्फीयर के बीच, मिट्टी और उप-वातावरण में, वायुमंडल में और जीवमंडल में घूम सकता है। वायुमंडल और जलमंडल में कार्बन गैसीय रूप में CO ₂ (कार्बन डाइऑक्साइड) के रूप में मौजूद है ।

प्रकाश संश्लेषण

वातावरण से कार्बन पारिस्थितिकी तंत्रों (प्रकाश संश्लेषक जीव) में स्थलीय और जलीय उत्पादक जीवों द्वारा कब्जा कर लिया जाता है।

प्रकाश संश्लेषण सीओ ₂ और पानी के बीच होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया की अनुमति देता है, जो कि सौर ऊर्जा और पौधों से क्लोरोफिल द्वारा मध्यस्थता, कार्बोहाइड्रेट या शर्करा का उत्पादन करने के लिए होता है। यह प्रक्रिया सीओ ₂, एच ₂ ओ और ऑक्सीजन ओ ₂ की कम ऊर्जा सामग्री के साथ सरल अणुओं को जटिल उच्च ऊर्जा आणविक रूपों में बदल देती है, जो शर्करा हैं।

हेटरोट्रॉफ़िक जीव - जो प्रकाश संश्लेषण नहीं कर सकते हैं और पारिस्थितिक तंत्र में उपभोक्ता हैं - उत्पादकों और अन्य उपभोक्ताओं को खिलाकर कार्बन और ऊर्जा प्राप्त करते हैं।

श्वसन और अपघटन

श्वसन और अपघटन जैविक प्रक्रियाएं हैं जो सीओ ₂ या सीएच ₄ (मीथेन एनारोबिक अपघटन में निर्मित; यानी, ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में) के रूप में पर्यावरण में कार्बन छोड़ते हैं ।

भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं

भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं के माध्यम से और समय बीतने के परिणामस्वरूप, एनारोबिक अपघटन से कार्बन जीवाश्म ईंधन जैसे तेल, प्राकृतिक गैस और कोयले में परिवर्तित हो सकता है। इसी तरह, कार्बन भी अन्य खनिजों और चट्टानों का हिस्सा है।

मानव गतिविधि हस्तक्षेप

जब मनुष्य ऊर्जा के लिए जीवाश्म ईंधन के जलने का उपयोग करता है, तो कार्बन सीओ ₂ की भारी मात्रा के रूप में वायुमंडल में लौटता है जिसे कार्बन के प्राकृतिक जैव रासायनिक चक्र द्वारा आत्मसात नहीं किया जा सकता है।

मानव गतिविधि द्वारा निर्मित यह अतिरिक्त सीओ ₂ कार्बन चक्र के संतुलन को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है और ग्लोबल वार्मिंग का मुख्य कारण है।

चित्रा 2. कार्बन का जैव-रासायनिक चक्र। Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg: en.wikipedia व्युत्पन्न कार्य पर उपयोगकर्ता केविन सैफ़: FischX अनुवाद: टोमसे क्लार्क, विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से

अनुप्रयोग

कार्बन और इसके यौगिकों के उपयोग अत्यंत विविध हैं। निम्नलिखित के साथ सबसे प्रमुख:

तेल और प्राकृतिक गैस

कार्बन के मुख्य आर्थिक उपयोग को जीवाश्म ईंधन हाइड्रोकार्बन, जैसे मीथेन गैस और तेल के रूप में इसके उपयोग द्वारा दर्शाया गया है।

गैसोलीन, डीजल, मिट्टी के तेल, डामर, स्नेहक, सॉल्वैंट्स और अन्य जैसे कई डेरिवेटिव प्राप्त करने के लिए तेल रिफाइनरियों में आसुत है, जो बदले में पेट्रोकेमिकल उद्योग में उपयोग किया जाता है जो प्लास्टिक, उर्वरक, दवाओं और पेंट उद्योगों के लिए कच्चे माल का उत्पादन करता है।, दूसरे के बीच।

सीसा

ग्रेफाइट का उपयोग निम्नलिखित क्रियाओं में किया जाता है:

- इसका उपयोग पेन्सिल के निर्माण में किया जाता है, जिसे क्ले के साथ मिलाया जाता है।

- यह आग रोक ईंटों और क्रूसिबल के विस्तार का हिस्सा है, जो गर्मी के लिए प्रतिरोधी है।

- विभिन्न यांत्रिक उपकरणों जैसे वाशर, बेयरिंग, पिस्टन और सील में।

- यह एक उत्कृष्ट ठोस स्नेहक है।

- इसकी विद्युत चालकता और इसकी रासायनिक निष्क्रियता के कारण, इसका उपयोग विद्युत मोटरों के लिए इलेक्ट्रोड, कार्बन के निर्माण में किया जाता है।

- इसका उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में मॉडरेटर के रूप में किया जाता है।

हीरा

डायमंड में विशेष रूप से असाधारण भौतिक गुण हैं, जैसे कि आज तक ज्ञात उच्चतम कठोरता और तापीय चालकता।

ये विशेषताएँ औद्योगिक अनुप्रयोगों को उनके उच्च अपघटन के कारण कटाई और उपकरणों को चमकाने के लिए उपयोग किए जाने वाले औजारों में अनुमति देती हैं।

इसके ऑप्टिकल गुण - जैसे पारदर्शिता और सफेद प्रकाश को तोड़ने और प्रकाश को अपवर्तित करने की क्षमता - इसे ऑप्टिकल उपकरणों में कई अनुप्रयोग देते हैं, जैसे लेंस और प्रिज्म के निर्माण में।

इसके ऑप्टिकल गुणों से प्राप्त विशेषता चमक भी गहने उद्योग में अत्यधिक मूल्यवान है।

एन्थ्रेसाइट

एन्थ्रेसाइट को प्रज्वलित करना मुश्किल है, यह धीमी गति से जल रहा है और बहुत अधिक ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। इसके दहन से हल्का पीला नीला रंग निकलता है और बहुत अधिक गर्मी निकलती है।

कुछ साल पहले, थर्मोइलेक्ट्रिक पौधों और घरेलू हीटिंग के लिए एन्थ्रेसाइट का उपयोग किया गया था। इसके उपयोग के फायदे हैं जैसे कि थोड़ी राख या धूल, थोड़ा धुआं और धीमी दहन प्रक्रिया का उत्पादन।

इसकी उच्च आर्थिक लागत और इसकी कमी के कारण, एन्थ्रेसाइट को थर्मोइलेक्ट्रिक पौधों में प्राकृतिक गैस और घरों में बिजली से बदल दिया गया है।

कोयला

कोयला कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है:

- कोक, स्टील मिलों में ब्लास्ट फर्नेस से ईंधन।

- Creosote, कोयले से टार डिस्टिलेट्स को मिलाकर प्राप्त किया जाता है और तत्वों के संपर्क में आने वाली लकड़ी के लिए एक सुरक्षात्मक सीलेंट के रूप में उपयोग किया जाता है।

- क्रेसोल (रासायनिक रूप से मेथिलफेनोल) कोयले से निकाला जाता है और इसे कीटाणुनाशक और एंटीसेप्टिक के रूप में इस्तेमाल किया जाता है, - अन्य डेरिवेटिव जैसे कि गैस, टार या पिच, और इत्र, कीटनाशक, प्लास्टिक, पेंट, टायर और सड़क फुटपाथ के निर्माण में उपयोग किए जाने वाले यौगिक।

लिग्नाइट

लिग्नाइट एक मध्यम गुणवत्ता वाले ईंधन का प्रतिनिधित्व करता है। जेट, विभिन्न प्रकार के लिग्नाइट को लंबे समय तक कार्बनीकरण प्रक्रिया और उच्च दबाव के कारण बहुत कॉम्पैक्ट होने की विशेषता है, और इसका उपयोग गहने और अलंकरण में किया जाता है।

पीट

पीट का उपयोग निम्नलिखित गतिविधियों में किया जाता है;

- पौधों की प्रजातियों के विकास, समर्थन और परिवहन के लिए।

- जैविक खाद के रूप में।

- अस्तबल में जानवरों के बिस्तर के रूप में।

- कम गुणवत्ता वाले ईंधन के रूप में।

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