| 8695912 9216 5224 943 1ЕКИСЛЫЕ СОЛИ, соли угольной кислоты; см. Карбонаты, Гидрокарбонаты.
УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ, СО2, то же, что углерода двуокись.
УГЛЕНОСНОСТЬ, совокупность данных о количестве пластов угля (общем и удовлетворяющих кондициям), коэффициенте угленосности, распределении пластов по разрезу угленосной толщи, их синонимике, мощности, строении и степени выдержанности каждого из них, петрографич. типах, химико-технологич. свойствах углей и закономерностей пространственного их изменения в связи с условиями образования угленосных формаций. См. также Угли ископаемые, Угольный бассейн.
УГЛЕПЕТРОГРАФИЯ, описание составных частей угля, изучаемых макроскопически и под микроскопом в тонких и полированных шлифах. Основоположниками У. в СССР являются Ю. А. Жем-чужников, М. Д. Залесский; за рубежом - Р. Тиссен (США), М. Стопе (Великобритания). С совершенствованием методов и расширением круга проблем У. она превратилась в науку о составе, строении и происхождении углей - петрологию углей. Осн. задача петрологии углей - изучение элементарных компонентов органич. вещества угольных пластов, т. е. остатков растений, к-рые в процессе биохимич. разложения в торфяную стадию углеобразова-ния в той или иной мере сохранили или утратили свою форму и структуру. При этом различают форменные элементы и основную массу, к-рые совместно наз. составными частями, или компонентами, угля. Различают макрокомпоненты (витрен, фюзен) и микрокомпоненты (споры, кутикула и т. д.).
В У. используются оптические методы микроскопич. исследований с применением проходящего и отражённого, простого, поляризованного и ультрафиолетового света в воздушной среде и с иммерсией; разделение в тяжёлых жидкостях (смеси С6Н6, СС14, СНВr3 и др.) на группы компонентов, близких по плотности; методы мацерации для выделения и последующего изучения устойчивых компонентов, методы травления сильными окислителями для выявления скрытой структуры угля, а также методы термич. и химич. анализа вещества компонентов или их групп, выделенных из общей массы угля. Большое значение для решения задач имеют количеств. методы: определение отражательной способности, показателя преломления и твёрдости витри-нита, цвета и яркости люминесценции лейптинита, подсчёт содержания компонентов в средних пластовых пробах и в кусках угля.
Различными исследователями выделяется от 14 до 40 петрографич. компонентов углей, объединяемых по исходному материалу и условиям его превращения в торфяной стадии углеобразования в триосновные (витринитовые или гелинитовые, фюзинитовые и лейптинитовые) и две промежуточные (слабо гелифицированные и слабо фюзенизированные) группы микрокомпонентов.
Количеств. соотношение микрокомпонентов и состав исходных растений определяют генетич. типы углей, характеризующиеся определёнными химич. и тех-нологич. свойствами в пределах каждой данной стадии углефикации.
Лит.: Петрографические особенности и свойства углей, М., 1963; Материалы по геологии и петрографии углей СССР, Л., 1968; Угленосные формации и их генезис, М., 1973; Петрология палеозойских углей СССР, М., 1975.
УГЛЕПЛОТНОСТЬ, количество запасов угля, отнесённое к единице угленосной площади (месторождения, района, бассейна). У. определяется путём деления запасов угля, подсчитанных до той или иной глубины (перспективной для пром. освоения), на общую площадь, по к-рой они оценены в млн. т/км2. У. используется при подсчёте прогнозных запасов углей с переносом величин указанных выше показателей с хорошо разведанных площадей на слабо изученные, а также для сравнительной характеристики пром. значимости изученных угленосных площадей.
УГЛЕРОД (лат. Carboneum), С, хим. элемент IV группы периодической системы Менделеева, ат. н. 6, ат. м. 12,011. Известны два стабильных изотопа: 12С (98,892%) и 13С (1,108%). Из радиоактивных изотопов наиболее важен 14С с периодом полураспада(Т1/2 = 5,6 *103 лет). Небольшие кол-ва 14С (ок. 2*10-10% по массе) постоянно образуются в верхних слоях атмосферы при действии нейтронов космич. излучения на изотоп азота 14N. По уд. активности изотопа 0С в остатках биогенного происхождения определяют их возраст. 14С широко используется в качестве изотопного индикатора.
Историческая справка. У. известен с глубокой древности. Древесный уголь служил для восстановления металлов из руд, алмаз - как драгоценный камень. Значительно позднее стали применять графит для изготовления тиглей и карандашей.
В 1778 К. Шееле, нагревая графит с селитрой, обнаружил, что при этом, как и при нагревании угля с селитрой, выделяется углекислый газ. Хим. состав алмаза был установлен в результате опытов А. Лавуазье (1772) по изучению горения алмаза на воздухе и исследований С. Теннанта (1797), доказавшего, что одинаковые кол-ва алмаза и угля дают при окислении равные кол-ва углекислого газа. У. был признан хим. элементом в 1789 Лавуазье. Латинское назв. саг-boneum У. получил от carbo - уголь.
Распространение в природе. Ср. содержание У. в земной коре 2,3*10-2% по массе (1*10-2 в ультраосновных, 1*10 -2 - в основных, 2*10-2 - в средних, 3*10-2 - в кислых горных породах). У. накапливается в верхней части земной коры (биосфере): в живом веществе 18% У., древесине 50%, кам. угле 80%, нефти 85%, антраците 96%. Значит. часть У. литосферы сосредоточена в известняках и доломитах.
Число собств. минералов У. -112; исключительно велико число органич. соединений У.- углеводородов и их производных.
С накоплением У. в земной коре связано накопление и мн. др. элементов, сорбируемых органич. веществом и осаждающихся в виде нерастворимых карбонатов, и т. д. Большую геохимич. роль в земной коре играют СО2 и угольная кислота. Огромное количество СО2 выделяется при вулканизме - в истории Земли это был осн. источник У. для биосферы.
По сравнению со средним содержанием в земной коре человечество в исключительно больших количествах извлекает У. из недр (уголь, нефть, природный газ), т. к. эти ископаемые - осн. источник энергии.
Огромное геохимич. значение имеет круговорот У. (см. ниже раздел Углерод в организме и ст. Круговорот веществ).
У. широко распространён также в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода, гелия и кислорода.
Физ. и хим. свойства. Известны четыре кристаллич. модификации У.: графит, алмаз, карбин и лонсдейлит. Графит - серо-чёрная, непрозрачная, жирная на ощупь, чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском. Построен из кристаллов гексагональной структуры: а = 2,462А, c = 6,70lA. При комнатной температуре и нормальном давлении (0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2) графит термодинамически стабилен. А л-м а з - очень твёрдое, кристаллич. вещество. Кристаллы имеют кубич. гранецент-рированную решётку: а = 3,560А. При комнатной темп-ре и нормальном давлении алмаз метастабилен (подробно о структуре и свойствах алмаза и графита см. в соответств. статьях). Заметное превращение алмаза в графит наблюдается при темп-pax выше 1400 0С в вакууме или в инертной атмосфере. При атм. давлении и темп-ре ок. 3700 °С графит Возгоняется. Жидкий У. может быть получен при давлениях выше 10,5 Мн/м2 (105 кгс/см2) и темп-pax выше 3700 °С. Для твёрдого У. (кокс, сажа, древесный уголь) характерно также состояние с неупорядоченной структурой - т. н. "аморфный" У., к-рый не представляет собой самостоятельной модификации; в основе его строения лежит структура мелкокристаллического графита. Нагревание нек-рых разновидностей "аморфного" У. выше 1500-1600 °С без доступа воздуха вызывает их превращение в графит. Физические свойства "аморфного" У. очень сильно зависят от дисперсности частиц и наличия примесей. Плотность, теплоёмкость, теплопроводность и электропроводность "аморфного" У. всегда выше, чем графита. Карбин получен искусственно. Он представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9-2 г/см3). Построен из длинных цепочек атомов С, уложенных параллельно друг другу. Лонсдейлит найден в метеоритах и получен искусственно; его структура и свойства окончательно не установлены.
Конфигурация внеш. электронной оболочки атома У. 2s22p2. Для У. характерно образование четырёх ковалентных связей, обусловленное возбуждением внеш. электронной оболочки до состояния 2sp3. Поэтому У. способен в равной степени как притягивать, так и отдавать электроны. Химическая связь может осуществляться за счёт sp3-, sp2-и sp-гибридных орбиталей, к-рым соответствуют координационные числа 4, 3 и 2. Число валентных электронов У. и число валентных орбиталей одинаково; это одна из причин устойчивости связи между атомами У.
Уникальная способность атомов У. соединяться между собой с образованием прочных и длинных цепей и циклов привела к возникновению громадного числа разнообразных соединений У., изучаемых органической химией.
В соединениях У. проявляет степени окисления - 4; +2; +4. Атомный радиус 0,77А, ковалентные радиусы 0,77А, 0,67А, 0,60А соответственно в одинарной, двойной и тройной связях; ионный радиус С4- 2,60А, С4+ 0,20А. При обычных условиях У. химически инертен, при высоких темп-pax он соединя |
