szén / C
(carbon, korom, lángkorom, gázkorom, szénkörforgás)

Név: A latin carbon = szén

Rendszám: a periódusos rendszer 6. eleme

Felfedezés:
Ősidők óta ismert, meglehetősen tiszta szén a faszén.
A gyémánt (a képen) és a grafit szintén nagyon régóta ismert, de csak a XVIII. század végén mutatták ki, hogy a szén két allotrop módosulata.
A harmadik allotrop módosulatot, a fulleréneket 1985-ben fedezték fel.

Relatív atomtömeg: 12,011.
(A 12C: izotóp atomtömegéből - 12,0000 - származtatják az atomi tömegegység definícióját!)

Izotópjai:
Stabil - a 12C (98,89%) és a 13C (1,11%).
10 féle radioaktív izotópja létezik.
A 14C izotóp fontos szerepet játszik a szénvegyületek kormeghatározásában.

Elektronkonfiguráció: [He](2s)2(2p)2

Fizikai tulajdonságok:
Három eltérő allotrop módosulata van: a gyémánt, a grafit és a fullerének.
A legtöbb oldószerben oldhatatlan, csak néhány fém olvadékában oldódik.
Az úgynevezett amorf szén valójában igen apró szemcséjű és rendezetlen rácsú grafit, ehhez hasonló a koksz is.
Közönséges hőmérsékleten a grafit a stabilis.
A gyémánt grafittá alakulásának reakciósebessége azonban szobahőmérsékleten olyan csekély, hogy végtelennek tekinthető, vagyis a gyémánt ilyen körülmények között metastabilis.

Kémiai tulajdonságok:
Nemfémes elem.
Szagtalan, íztelen.
Oxidációs száma változó.
Ionokat nem alkot, vegyületeiben kovalens kötésű.
Az elemi szén kevéssé aktív, csak a fluor reagál vele közvetlenül szén-tetrafluorid képződése közben.
Oxigénnel csak magasabb hőmérsékleten egyesül, szén-dioxiddá ég el.
C + O₂ = CO₂
Oxigénszegény környezetben szén-monoxid keletkezik
2C + O₂ = 2CO
Kénnel vörösizzáson szén-diszulfidot ad.
Nitrogénnel az elektromos ív hőmérsékletén ciánná (CN₂) egyesül.
Igen magas hőmérsékleten sziliciummal, illetve bórral a megfelelő karbidokat adja.
Vízgőzzel is reagál, ennek részletei a hidrogénnél találhatók.
Sok fémoxidot redukál, fémek (pl. vas) előállításánál használják. Ezek az adott fémnél kerülnek említésre.
Külső héján 4 elektron van ezt már elég nehéz akár leadni, akár kiegészíteni. A szénatom külső elektronjai azonban minden más atomtól eltérően viselkednek. Ennek köszönhető az élet létezése.
A szénvegyületek (szervesvegyületek) száma többszöröse, mint az összes többi elemből álló szervetlen vegyületek száma összesen. Ennek oka, hogy a szénatomok önmagukkal is képesek kapcsolódni a vegyületekben, láncokat (pl. dekán), gyűrűket (pl. benzol), vagy elágazásokat (pl. 2,3-dimetil-bután) képezve. Ez a tulajdonság a szén-szén kötés nagy energiájának köszönhető. Ezek a kötések még nagy atomszám esetén is elegendően stabilak. így más elemekkel együtt sok millió különböző vegyületet képezhetnek. Ezen kívül egymással kettős (pl. etilén), sőt hármas kötést is (pl. acetilén) képezhetnek.

A szén vegyületek közül nagyon sok, csoportosítva, külön részletesen megtalálható: alkánok, alkének, alkinek, alkoholok, aldehidek, karbonsavak, cikloalkánok, aromások, amidok, aminok, észterek, éterek, ketonok, aminosavak, stb. (A Szójegyzékben a keresőmezőbe a "szervesvegyületek" keresőszót beírva többszáz szénvegyületet találhat. Beírható persze az "alkánok", "alkének", stb. is ekkor - értelemszerűen - az összes alkán, alkén, stb. címszava legyűjthető. Természetesen ezek mindegyike megtalálható a Kislexikon tartalomjegyzékében névsor szerint, illetve a Kémia rész tartalomjegyzékében a megfelelő témakörnél.)

Előfordulás:
Elemi állapotban és kötött formában egyaránt előfordul. A legtöbb szén kötött formában, karbonát-ásványként található. Gyakori, pl.a mészkő, és az aragonit mindkettő (CaCO₃), magnezit (MgCO₃), dolomit [CaMg(CO₃)₂], sziderit (FeCO₃), stb.
A természetes szén csaknem mind szerves eredetű, az ásványi vagyis a kőszén nem elemi szén, hanem bonyolult szénvegyületek keveréke.
A gyémánt eruptív közetekben fordul elő, a Föld belsejéből jut a felszínre.
Nagy mennyiségben találhatók szénhidrogén-vegyületek a kőolajban és a földgázban.
A fölgázban és a légkörben nagy mennyiségben található szén-dioxid. Magyarországon Répcelak környékén csaknem tiszta szén-dioxidot tartalmazó gáz tör fel, amit szifonpatron töltésére fel is használnak.

Előállítás:
A szénvegyületek hevítve szén hátrahagyásával bomlanak, az így kapott szén sokszor tartalmaz még kevés oxigént.
Az acetilén elektromos szikra hatására szénre és hidrogénre esik szét:

C₂H₂ = 2 C + H₂

Szénvegyületek égésekor, nem megfelelő mennyiségű oxigén jelenléte esetén gyakran keletkezik korom, ami nagyon finom eloszlású (mikrokristályos) szénrészecskékből áll. Ez tüzelő berendezésekben, gépjárművekben káros jelenség, ugyanakkor "szándékosan" állítanak elő, elsősorban a gumiipar számára rengeteg kormot (gázkorom, lángkorom) földgázból. Fekete pigmentként is használják.
A szén-dioxid erősen aktív fémekkel szénné redukálható:

CO₂ + 2 Mg = C + 2 MgO.

Az alábbi képeken a reakció kísérleti megvalósítása látható:

A magnézium meggyújtása szárazjégen	Az égő magnézium lefedése szárazjéggel	A reakció folyamata	A reakció során magnézium-oxid és szén keletkezik

A grafit egy részét is mesterségesen állítják elő Acheson szerint szénből elektromos kemencében igen magas hőmérsékleten SiO2 (kvarc) jelenlétében.

Felhasználása:
Gyémánt : ékszer, vágó- és csiszolóeszközök
Grafit : nagy szilárdságú, korrózióálló tégelyek, kádak, zárócsatlakozók
Természetes szenek: energiahordozó és vegyipari alapanyag
Aktív szenek: adszorpciós anyagok
Vegyületeit szinte mindenütt használjuk. Egyre nagyobb mennyiségben alkalmazzuk a legkülönfélébb műanyagokat, amelyek mind szerves polimerek. Az egyes vegyületeknél külön említésre kerül az adott vegyület felhasználása.

Biológia:
Az élő szervezeteket felépítő szerves anyagok fő alkotórésze. Az élet legfontosabb alkotóeleme.

A szén körforgása a természetben

Felhasznált irodalom