Номер 2, страница 188 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. При каких процессах получают древесный уголь? Каково его строение, свойства, применение?

При каких процессах получают древесный уголь?

Древесный уголь получают в процессе пиролиза (или сухой перегонки) древесины. Этот процесс заключается в нагревании древесины до высоких температур, обычно в диапазоне 450–550°C, без доступа кислорода. Отсутствие кислорода является принципиально важным условием, так как оно предотвращает горение древесины и вместо этого запускает процесс её термического разложения на составляющие.

В результате пиролиза образуются три группы продуктов: 1) твердый остаток — собственно, древесный уголь; 2) жидкие продукты (которые конденсируются при охлаждении) — древесная смола и подсмольная вода (содержащая уксусную кислоту, метанол, ацетон и другие вещества); 3) газообразные продукты (неконденсирующиеся газы) — смесь оксида углерода(II) ($CO$), диоксида углерода ($CO_2$), метана ($CH_4$) и водорода ($H_2$). Эти газы часто сжигают для поддержания необходимой температуры в самой установке пиролиза.

Исторически для получения угля использовали угольные ямы и кучи, где процесс контролировался неточно. В современной промышленности применяют специальные печи и герметичные стальные реторты, которые обеспечивают полный контроль над процессом и позволяют собирать все ценные побочные продукты.

Каково его строение?

Древесный уголь — это микропористый высокоуглеродистый продукт. Его строение можно охарактеризовать на нескольких уровнях. Макроструктура: Уголь в значительной степени сохраняет анатомическое строение исходной древесины. В кусках угля часто можно различить годичные кольца и структуру древесных волокон. Микроструктура: На микроуровне уголь состоит преимущественно из аморфного углерода, в котором присутствуют неупорядоченные микрокристаллиты, напоминающие структуру графита. Пористая структура: Главная особенность строения древесного угля — его высокая пористость. В процессе пиролиза летучие компоненты древесины (вода, смолы) удаляются, оставляя после себя обширную сеть микроскопических пор и каналов. Именно эта структура обусловливает огромную удельную поверхность угля, достигающую нескольких сотен квадратных метров на 1 грамм вещества. Химический состав: Основным элементом является углерод (C), содержание которого варьируется от 70% до 95% в зависимости от технологии производства и вида древесины. Кроме углерода, в угле присутствует небольшое количество минеральных веществ (которые при сжигании угля образуют золу), а также остаточные количества водорода, кислорода и азота.

Каковы его свойства?

Свойства древесного угля напрямую вытекают из его строения. Физические свойства: черный цвет; твердое, но хрупкое и легкое агрегатное состояние; очень высокая пористость и, как следствие, низкая насыпная плотность; низкая теплопроводность, что делает его хорошим теплоизолятором; в отличие от сухой древесины, древесный уголь является проводником электрического тока. Химические свойства: Адсорбционная способность — это одно из самых важных свойств. Благодаря пористой структуре уголь является прекрасным адсорбентом, то есть способен поглощать своей поверхностью газы, пары и растворенные в жидкостях вещества. Горение — горит практически без дыма и открытого пламени, выделяя большое количество тепла (высокая теплотворная способность, около 30-35 МДж/кг). Продуктом полного сгорания является углекислый газ ($CO_2$). Восстановительные свойства — при высоких температурах древесный уголь является сильным восстановителем, что активно используется в металлургии для получения металлов из их оксидов, например: $Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO$.

Каково его применение?

Благодаря своим уникальным свойствам древесный уголь находит широкое применение в различных сферах. Топливо: Наиболее известное применение — в качестве высококачественного бездымного топлива для мангалов, грилей и барбекю. Также используется в кузницах и некоторых металлургических процессах. Промышленность: В металлургии как восстановитель при выплавке чугуна, ферросплавов, кремния. В химической промышленности как сырье для производства сероуглерода ($CS_2$) и активированного угля. Адсорбент: Специально обработанный (активированный) уголь используется в фильтрах для очистки питьевой воды и воздуха, в медицине как энтеросорбент при отравлениях и метеоризме, в противогазах для защиты органов дыхания, а также в пищевой промышленности для очистки сахарных сиропов, спиртов и масел. Сельское хозяйство: В виде биочара (biochar) вносится в почву для улучшения ее структуры, повышения влагоемкости, удержания питательных веществ и снижения кислотности. Искусство: Прессованный и натуральный уголь — популярный материал для рисования и создания графических работ. Прочее: Является одним из трех компонентов черного (дымного) пороха; может использоваться как электропроводящий наполнитель в пластмассах и как теплоизоляционный материал в строительстве.

Ответ: Древесный уголь получают путем пиролиза (нагревания без доступа воздуха) древесины. Он имеет пористую структуру, состоящую в основном из аморфного углерода, и сохраняет анатомическое строение исходного дерева. Ключевые свойства — высокая адсорбционная способность, высокая теплотворная способность, горение без дыма и сильные восстановительные свойства при нагревании. Применяется как топливо, восстановитель в металлургии, сырье в химической промышленности, адсорбент (в виде активированного угля) для очистки и в медицине, а также в сельском хозяйстве (биочар) и искусстве.