Arang batu ialah salah satu bahan api tertua yang diketahui manusia. Dan sehingga hari ini ia menduduki kedudukan utama dari segi penggunaan. Sebab untuk ini adalah kelazimannya, kemudahan pengekstrakan, pemprosesan dan penggunaannya. Tetapi apa dia? Apakah formula kimia arang batu?
Sebenarnya, soalan ini tidak betul sepenuhnya. Arang batu bukan bahan, ia adalah campuran pelbagai bahan. Terdapat banyak daripada mereka, jadi mustahil untuk menentukan sepenuhnya komposisi arang batu. Oleh itu, di bawah formula kimia arang batu dalam artikel ini, kami lebih suka memaksudkan komposisi unsurnya dan beberapa ciri lain.
Tetapi apakah yang boleh kita pelajari tentang keadaan bahan ini? Arang batu terbentuk daripada sisa tumbuhan selama bertahun-tahun kerana terdedah kepada suhu dan tekanan tinggi. Dan oleh kerana tumbuhan bersifat organik, bahan organik akan mendominasi dalam komposisi arang batu.
Bergantung kepada umur dan syarat lain asal arang batu, ia terbahagi kepada beberapa jenis. Setiap spesies dibezakan oleh komposisi unsurnya, kehadirankekotoran dan ciri penting lain.
Arang batu perang
Merupakan jenis arang batu termuda. Ia juga mempunyai struktur berkayu tumbuh-tumbuhan. Dibentuk terus daripada gambut pada kedalaman kira-kira 1 kilometer.
Arang batu jenis ini mengandungi jumlah lembapan yang agak besar: dari 20 hingga 40%. Apabila terdedah kepada udara, ia menyejat, dan arang batu hancur menjadi serbuk. Seterusnya, kita akan bercakap tentang komposisi kimia sisa kering tertentu ini. Jumlah kekotoran bukan organik dalam arang perang juga tinggi dan berjumlah 20-45%. Kekotoran ini ialah silikon dioksida, oksida aluminium, kalsium dan besi. Ia juga mungkin mengandungi oksida logam alkali.
Terdapat banyak bahan organik dan bukan organik yang meruap dalam arang batu ini. Mereka boleh sehingga separuh jisim arang batu jenis ini. Komposisi unsur tolak bahan tak organik dan meruap adalah seperti berikut:
- Karbon 50-75%.
- Oksigen 26-37%.
- Hidrogen 3-5%.
- Nitrogen 0-2%.
- Sulfur 0.5-3%.
Arang batu
Mengikut masa pembentukan, arang batu jenis ini datang seterusnya selepas coklat. Ia mempunyai warna hitam atau kelabu-hitam, serta kilauan resin, kadangkala logam.
Kelembapan arang batu jauh lebih rendah daripada coklat: hanya 1-12%. Kandungan bahan meruap dalam arang batu sangat berbeza bergantung pada tempat pengekstrakan. Ia boleh menjadi minimum (daripada 2%), tetapi juga boleh mencapai nilai yang serupa dengan arang perang (sehingga 48%). Komposisi asas adalah seperti berikut:
- Karbon 75-92%.
- Hidrogen 2, 5-5, 7%.
- Oksigen 1, 5-15%.
- Nitrogen sehingga 2.7%.
- Sulfur 0-4%.
Dari sini kita boleh membuat kesimpulan bahawa formula kimia arang batu keras mengandungi lebih banyak karbon daripada arang perang. Ini menjadikan arang batu jenis ini bahan api yang lebih berkualiti.
Antrasit
Antrasit ialah bentuk arang fosil tertua. Ia berwarna hitam gelap dan mempunyai kilauan logam yang khas. Ini adalah arang batu terbaik dari segi jumlah haba yang dikeluarkan apabila ia terbakar.
Jumlah lembapan dan bahan meruap di dalamnya adalah sangat kecil. Kira-kira 5-7% untuk setiap penunjuk. Dan komposisi unsur dicirikan oleh kandungan karbon yang sangat tinggi:
- Karbon melebihi 90%.
- Hidrogen 1-3%.
- Oksigen 1-1, 5%.
- Nitrogen 1-1, 5%.
- Sulfur sehingga 0.8%.
Lebih banyak arang batu hanya terkandung dalam grafit, yang merupakan peringkat lanjut penyatuan antrasit.
Arang
Arang batu jenis ini bukan fosil, jadi ia mempunyai beberapa keanehan dalam komposisinya. Ia dihasilkan dengan memanaskan kayu kering pada suhu 450-500 oC tanpa udara. Proses ini dipanggil pirolisis. Semasa itu, beberapa bahan dilepaskan dari kayu: metanol, aseton, asid asetik dan lain-lain, selepas itu ia berubah menjadi arang batu. Dengan cara ini, pembakaran kayu juga pirolisis, tetapi disebabkan kehadiran oksigen di udara, gas yang dilepaskan menyala. Inilah yang menyebabkan wujudnyanyala apabila terbakar.
Kayu tidak homogen, ia mempunyai banyak liang dan kapilari. Struktur yang serupa sebahagiannya dipelihara dalam arang batu yang diperoleh daripadanya. Atas sebab ini, ia mempunyai kapasiti penjerapan yang baik dan digunakan bersama karbon diaktifkan.
Kandungan lembapan arang jenis ini sangat rendah (kira-kira 3%), tetapi semasa penyimpanan jangka panjang ia menyerap kelembapan dari udara dan peratusan air meningkat kepada 7-15%. Kandungan kekotoran bukan organik dan bahan meruap dikawal oleh GOST dan tidak boleh melebihi 3% dan 20%, masing-masing. Komposisi unsur bergantung pada teknologi pengeluaran, dan kira-kira kelihatan seperti ini:
- Karbon 80-92%.
- Oksigen 5-15%.
- Hidrogen 4-5%.
- Nitrogen ~0%.
- Sulfur ~0%.
Formula kimia arang menunjukkan bahawa dari segi kandungan karbon ia hampir dengan batu, tetapi selain itu ia hanya mempunyai sedikit unsur yang tidak diperlukan untuk pembakaran (sulfur dan nitrogen).
Karbon teraktif
Karbon teraktif ialah sejenis karbon dengan luas permukaan pori spesifik yang tinggi, yang menjadikannya lebih serap berbanding kayu. Arang dan arang batu, serta tempurung kelapa digunakan sebagai bahan mentah untuk pengeluarannya. Bahan permulaan tertakluk kepada proses pengaktifan. Intipatinya adalah untuk membuka liang tersumbat dengan suhu tinggi, larutan elektrolit atau wap air.
Semasa proses pengaktifan, hanya struktur bahan berubah, jadi formula kimia karbon teraktifsama dengan komposisi bahan mentah dari mana ia dibuat. Kandungan lembapan karbon teraktif bergantung pada luas permukaan khusus liang dan biasanya kurang daripada 12%.
