Szén forrásának megtekintése

{{Szén/Táblázat}}
A '''szén''' a [[Kémiai elemek periódusos rendszere|periódusos rendszer]] hatodik [[kémiai elem]]e. Vegyjele '''C'''. Nyelvújításkori magyar neve ''széneny''.<ref name=kfki>{{cite web| url = http://www.kfki.hu/chemonet/hun/teazo/gyujt/nyelv2.html| title = A magyar kémiai szaknyelv kialakulása| accessdate= 2010-12-03| author = Szőkefalvi-Nagy Zoltán| coauthors = Szabadváry Ferenc| year = 1972| work = A kémia története Magyarországon| publisher = Akadémiai Kiadó}}</ref> [[Rendszám (kémia)|Rendszáma]] 6, a IV. főcsoportban és második periódusban helyezkedik el. Négy vegyértékű, [[Nemfémek|nemfém]]. Tiszta állapotban több [[Allotrópia|allotrop]] módosulatban is létezik: legjelentősebbek a [[grafit]], a [[gyémánt]] és a [[fullerének]]. Kötött állapotban a [[karbonát]]okban, a [[szén-dioxid]]ban és az élő szervezeteket alkotó [[szerves vegyület]]ekben fordul elő.

Nélküle nem létezne élet a Földön annak ellenére, hogy a természetben nem található meg nagy mennyiségben és nem tartozik a leggyakoribb elemek közé, de az élővilág számára nélkülözhetetlen alkotóelem. Különleges előfordulási formáit jól mutatja, hogy az ember által ismert egyik legpuhább (grafit) és legkeményebb (gyémánt) ásványnak is egyaránt módosulata.

== Jellemzői ==
A szén több szempontból is figyelemreméltó elem. Különböző formái között megtalálható az ember által ismert egyik legpuhább ([[grafit]]) és legkeményebb ([[gyémánt]]) anyag, de az [[antracit]] a legtisztább és legnagyobb fűtőértékű kőszén. Ezentúl, könnyen létesít kémiai kötést más atomokkal, beleértve más szénatomokat, kis mérete pedig többszörös kötések kialakítására is alkalmassá teszi. Ezen tulajdonságai miatt több mint 10 millió különböző vegyületet alkot. A szénvegyületek a [[föld]]i élet alapjául szolgálnak, és a [[CNO-ciklus|szén-nitrogén ciklus]] során a [[Nap]] és más [[csillag]]ok energiatermelésében is részt vesz.

A [[Ősrobbanás|Nagy Bumm]] során nem keletkeztek szénatomok, mivel azok csak alfa-részecskék (hélium atommagok) hármas ütközése során jöhetnek létre. Az univerzum kezdetben túl gyorsan tágult és hűlt le ahhoz, hogy ez megtörténhessen. Termelődik viszont szén [[Hertzsprung–Russell-diagram|felszálló ágban]] lévő csillagok belsejében, ahol a három alfás (vagy Salpeter-) ciklus során a [[hélium]] atommag alakul nagyon rövid időre [[berillium]]má, majd szénné.

A periódusos rendszer egyetlen elemének, a szénnek ma több ismert vegyülete van, mint az összes többi elemnek együttvéve. A napjainkig megismert szénvegyületek száma több mint 20 millió. Ezt a szénatom különleges tulajdonságai teszik lehetővé.

Az alapállapotú szénatom elektronszerkezete: <math>1s^2 2s^2 2p^2</math> A szénatom vegyértékelektronjából kettő párosított és kettő párosítatlan. A párosított elektronok egyike energia felvételével az üres 2p atompályára kerül. Ezt követően (kötések létesülésekor) az 1 db 2s pálya hibridizálódik (keveredik, kombinálódik) a 3 db 2p pályával és 4 db egymással egyenértékű (azonos energiájú) <math>sp^3</math>-hibridpálya jön létre. A szénatom nemesgázszerkezet eléréséhez négy elektront képes felvenni, amit négy kovalens kötés kialakításával ér el.

== Allotrop módosulatai ==

[[Fájl:Eight Allotropes of Carbon.svg|thumb|balra|A szén allotrop módosulatai: '''a)''' Gyémánt, '''b)''' Grafit, '''c)''' Lonszdaleit, '''d)'''– '''f)''' Fullerének: pl.: C<sub>60</sub>, C<sub>70</sub>, C<big><sub>540</sub></big>, '''g)''' Amorf szén, '''h)''' Nanocső]]
A szénnek több allotrop módosulatáról tudunk, ezek közül a legismertebbek az amorf szén, [[grafit]], [[gyémánt]] és a [[fullerének]] és [[Szén nanocső|nanocsövek]]. [[2004]]. [[március 22.|március 22-én]] jelentették be egy mágneses módosulat létezését.<ref>{{cite journal|url=http://www.nature.com/news/1998/040322/full/news040322-5.html|title=Scientists create fifth form of carbon|date=2004-03-23|doi=10.1038/news040322-5|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160315142718/http://www.nature.com/news/1998/040322/full/news040322-5.html|archivedate=2016-03-15|author=Jim Giles | issn=0028-0836 }}</ref>

* '''Gyémánt'''
{{Bővebben|Gyémánt}}
A [[gyémánt]] a szén igen nagy [[nyomás]]on keletkező allotrop módosulata, a legkeményebb ismert természetes [[Ásvány (anyag)|ásvány]]. Keménysége 10 a [[Mohs-féle keménységi skála|Mohs-féle keménységi skálán]].
:A gyémántban minden szénatom négy másik szénatomhoz kapcsolódik kovalens kötéssel, a kötések egy szabályos [[tetraéder]] csúcsai felé mutatnak. A szénatomok sp<sup>3</sup>-[[hibridizáció|hibridállapotban]] vannak, a kovalens kötést négy, egyenértékű sp<sup>3</sup> hibridpálya hozza létre.
:[[Atomrács]]a van, melyben a szénatomok erős kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz.
:Átlátszó, nem vezeti az elektromos áramot. Nagy a fénytörése. Ha idegen anyagok szennyezik, megváltozhat a színe.

* '''Grafit'''
{{Bővebben|Grafit}}
A [[grafit]] a szén egy másik allotrop módosulata: a szénatomok három másik atommal kapcsolódnak kovalens kötéssel, mivel az sp²-hibridizáció során csak három elektron vesz részt a kötések kialakulásában. A kötésszög 120°-os. A negyedik elektron nem vesz részt kémiai kötés kialakításában, emiatt a grafit jól vezeti az [[elektromosság]]ot és a hőt.

Szabályos hatszög alakú gyűrűkből álló rétegrácsa van. A rétegek gyenge [[Van der Waals-erők|van der Waals-erővel]] kapcsolódnak egymáshoz.

A grafit egyike a legpuhább anyagoknak. Lágy és könnyen hasad, a papíron nyomot hagy. Jól hasítható.

A grafit hexagonális (alfa-grafit) és romboéderes (béta-grafit) rendszerben [[kristály]]osodhat. A természetben található grafit max. 30%-ot tartalmaz a béta-formából, míg a mesterségesen előállított grafit egyáltalán nem tartalmaz. Az alfa-grafitból bétát előállítani mechanikai kezeléssel lehet, a béta-grafit pedig 1000 °[[Celsius-skála|C]] fölé hevítve visszaalakul alfa-grafittá.

* '''Fullerének'''
{{Bővebben|Fullerének}}
A fullerének [[nanométer]] nagyságrendű molekulák. Legegyszerűbb formájuk a 60 szénatomos gömb alakú „nanofoci”, amely öt- és hatszög alakú gyűrűket is tartalmaz. Nevüket [[Buckminster Fuller]]ről kapták.

* '''Nanocsövek'''
{{Bővebben|Nanocső}}
A nanocsövek a grafit egy rácssíkjának „föltekerésével” keletkező csőszerű képződmények, öt-, hat- és hétszög alakú gyűrűket is tartalmazhatnak.
Szilárdságuk a gyémántét is meghaladja. Különféle körülmények között alkalmasak hőszigetelésre, félvezetésre vagy szupravezetésre.
A jövő anyagai.

* Az '''amorf szén''' nem kristályos szerkezetű. Anyagként gyakran földes megjelenésű, többnyire porózus, porszerű. A szén ebben a formában fordul elő a [[kőszén]]ben, a [[faszén]]ben és a [[korom]]ban.

== Felhasználása ==
[[Fájl:Coal anthracite.jpg|bélyegkép|jobbra|250px|[[Antracit]] a legmagasabb széntartalmú szénféle]]

A szén minden ismert élet alapja, enélkül az élet – ahogy mi ismerjük – nem létezhetne. A gazdaság a szenet főleg mint ásványi szén használja. Elsősorban elektromos energia előállítására a széntüzelésű [[erőmű]]vekben. (Magyarország 2025-ig tervezi leállítani ezeket az [[erőmű]]veket.<ref>{{Cite web |title=Hungary brings coal phase out forward by five years to 2025 |url=https://dev.beyond-coal.eu/2021/03/03/79874/ |work=Europe Beyond Coal |date=2021-03-03 |accessdate=2021-12-04 |language=en-US}}</ref><ref>{{Cite web |title=Hungary brings coal exit forward by five years, to 2025 |url=https://www.euractiv.com/section/climate-environment/news/hungary-brings-coal-exit-forward-by-five-years-to-2025/ |work=www.euractiv.com |date=2021-03-04 |accessdate=2021-12-04 |language=en-GB |first=Frédéric |last=Simon}}</ref>[[erőmű|.]]) Emellett világszerte nagy mennyiségű szenet használnak a vasolvasztókban, ahol a szén égése a magas hőmérsékletet szolgáltatja, és egyidejűleg kiredukálja a vasat a vasércből. A világon 2007-ben évente kb. 4,5 milliárd tonna szenet bányásztak. Kényelmes fosszilis tüzelőanyagok továbbá a [[szénhidrogén]]ek. (Például: [[földgáz]] és [[kőolaj]]) A nyersolajból az olajipar benzint, gázolajat, kerozint, kenőolajokat stb. állít elő a lepárlóüzemekben. A nyersolaj képezi az alapját számos szintetikus anyagnak, amiket összefoglalóan [[műanyag]]oknak hívunk.

Egyéb felhasználásai:
* {{chem|14|C}}-izotópot (felfedezése: [[1940]]. [[február 27.]]) használnak a radiokarbon kormeghatározásban
* Egyes füstdetektorok kis mennyiségű radioaktív szénizotópot tartalmaznak ionizáló sugárzásforrásként (a legtöbb ilyen detektor [[amerícium]]izotópot használ).
* a grafitot agyagásványokkal vegyítve a ceruzabél anyagát kapjuk
* az ékszergyémántot díszítésre használják
* az ipari gyémánt keménysége miatt fúró-, vágó-, illetve csiszolóanyag
* szenet adnak a [[vas|nyersvashoz]] az acél előállítása során
* grafitot használnak némelyik típusú atomerőmű (Csernobil) moderátor anyagaként
* az orvosok széntablettát adnak mérgezések esetén, mert jól megköti a mérgeket
* élelmiszer-adalékként jele E153

A fullerének kémiai és szerkezeti tulajdonságai ígéretes jövőt jósolnak neki a nanotechnológiában (szén nanocsövek). Továbbá a szén felhasználható katalizátorként,<ref>{{Cite journal|title=One-step synthesis of a heterogeneous catalyst by the hydrothermal carbonization of acai seed|url=https://doi.org/10.1007/s11144-021-02059-9|journal=Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis|date=2021-10-01|issn=1878-5204|pages=199–220|volume=134|issue=1|doi=10.1007/s11144-021-02059-9|language=en|first=Rayanne O.|last=Araujo|author=Vanuza O.|coauthors=Flaviana C. P.}}</ref> katalizátor hordozóként<ref>{{Cite journal|title=Impact of the promoter on the performance of carbon-supported Pt-Bi and Pt-Sb catalysts for the oxidative coupling of 2-Methyl-1-naphthol|url=https://doi.org/10.1007/s11144-021-02038-0|journal=Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis|date=2021-10-01|issn=1878-5204|pages=95–107|volume=134|issue=1|doi=10.1007/s11144-021-02038-0|language=en|first=Mabuatsela V.|last=Maphoru|author=Josef|coauthors=Sreejarani}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Effect of N-doping and carbon nanostructures on NiCu particles for hydrogen production from formic acid|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092633732100730X|journal=Applied Catalysis B: Environmental|date=2021-12-05|issn=0926-3373|pages=120604|volume=298|doi=10.1016/j.apcatb.2021.120604|language=en|first=D. H.|last=Carrales-Alvarado|author=C.|coauthors=A. B.}}</ref> illetve elektrokatalizátorként.<ref>{{Cite journal|title=Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials|journal=Applied Catalysis B: Environmental|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337321009735|issue=303|pages=120848|volume=2022}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen|journal=Nat. rev. chem.|url=https://www.nature.com/articles/s41570-019-0110-6|issue=3|pages=442–458|volume=2019}}</ref>

== Története ==
A szenet már nagyon régóta ismerjük, már a középkorban is használták és bányászták.

== Szerves vegyületei ==
A szén minden szerves élő anyagban előfordul, és a [[szerves kémia]] alapját képezi. Jellemző kémiai tulajdonsága, hogy önmagával és más elemekkel a vegyületek széles skáláját képes kialakítani, jelenleg közel 10 millió szénvegyületet ismerünk. Ha [[oxigén]]nel egyesül, [[szén-dioxid]] keletkezik, ami a növények fejlődéséhez alapvető fontosságú. [[Kén]]nel magas hőmérsékleten [[szén-diszulfid]]ot (szénkéneg) ad. [[Hidrogén]]nel [[szénhidrogének]]et képez, amiket az ipar elsősorban állati maradványból képződött energiaforrások (például kőolaj) formájában hasznosít. Oxigénnel és hidrogénnel [[zsírsavak]]at, [[észterek]]et is alkot. A szén-14 [[izotóp]]ot a [[Szénizotópos kormeghatározás|radiokarbonos kormeghatározásban]] használják. A szénatomok azonban nemcsak más atomokkal kapcsolódhatnak, hanem korlátlan számban egymással is. Az így létrejövő lánc- vagy gyűrűs szerkezetű molekulák stabilisak. A molekulák stabilitása nem csökken a szénatomszám növekedésével.
A nemfémes elemek atomjainak egymással alkotott kötései között a H-H kötés után a C-C kötés kötési energiája a legnagyobb. A szénatom kis mérete és viszonylag nagy elektronegativitása többszörös ([[kettős kötés|kettős]], [[hármas kötés|hármas]]) kötések kialakulását is lehetővé teszi.

A szerves vegyületekben a szénen és hidrogénen kívüli más atomokat [[heteroatom]]oknak nevezzük. A heteroatomok beépülhetnek a szénvázba, illetve kapcsolódhatnak a hidrogénatomok helyére. A heteroatomok megváltoztatják a molekula szerkezetét és döntően befolyásolják az adott szerves vegyület tulajdonságait.

=== Csoportosítása ===
A szerves vegyületek csoportosítására lehetőséget ad a szénlánc alakja. Eszerint megkülönböztetünk nyílt láncú és zárt láncú (gyűrűs) vegyületeket. Az elágazást nem tartalmazó szénláncot normális szénláncnak nevezzük. A valóságban a láncok nem egyenesek, hanem „zegzugosak”. Ennek az az oka, hogy a szénatomok a tetraéderes kötésirányok miatt sosem esnek egy egyenesbe. A nyílt láncú szénvegyületek lehetnek normális vagy elágazó láncúak.

A szénatomok közötti kötések alapján is csoportosíthatjuk a szénvegyületeket. Azokat s szerves vegyületeket, melyekben a szénatomok csak egyszeres kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, telített vegyületeknek nevezzük. Azokat a szénvegyületeket, amelyek molekuláiban vannak olyan szénatompárok, amelyek közt [[kettős kötés|kétszeres]] vagy [[hármas kötés|háromszoros kötés]] is van, telítetlen szénvegyületeknek nevezzük. (Mindkét csoportban lehetnek nyílt láncú és gyűrűs molekulák is.)

A molekulákat felépítő atomok szerint is csoportosíthatók a szerves vegyületek. Azokat a szerves vegyületeket, amelyeknek a a molekulája csak szén- és hidrogénatomokat tartalmaz, szénhidrogéneknek nevezzük. Azokat a szerves vegyületeket, amelyeknek a molekulája tartalmaz egyéb atomot (atomokat) is (pl. [[halogének]], [[oxigén|O]], [[nitrogén|N]]), heteroatomos szerves vegyületeknek nevezzük.

== A kőszén és felhasználása ==

=== Készletek (2006) ===

A Föld könnyen kitermelhető kőszénkészlete több mint egybillió tonna.<ref name="Natgeo">[[National Geographic Magazine|National Geographic]] Magyarország, 2006.március</ref><ref name="IFT">[http://www.ems.psu.edu/~radovic/IntroFuelTech_2012.html]{{Halott link|url=http://www.ems.psu.edu/~radovic/IntroFuelTech_2012.html|date=2018-11}}</ref><ref>[http://factsanddetails.com/world.php?itemid=1538&catid=51&subcatid=326]{{Halott link|url=http://factsanddetails.com/world.php?itemid=1538&catid=51&subcatid=326|date=2019-04}}</ref>
<center>
{| {{széptáblázat}} cellpadding="4" 
|-
! width=100|[[Amerikai Egyesült Államok|USA]]
! width=100|[[Oroszország]]
! width=100|[[Kína]]
! width=100|[[India]]
! width=100|[[Ausztrália (ország)|Ausztrália]]
! width=100|[[Dél-afrikai Köztársaság|Dél-Afrika]]
! width=100|Más országok
|-
| 27%
| 17%
| 13%
| 10%
| 9%
| 5%
| 19%
|}
</center>

=== Fogyasztás ===

Évente mintegy 5 milliárd tonna kőszenet használunk fel.<ref name="Natgeo"/><ref name="IFT"/>
<center>
{| {{széptáblázat}} cellpadding="4" 
|-

! width=100| 
! width=100|[[Kína]]
! width=100|[[Európa]]
! width=100|[[Amerikai Egyesült Államok|USA]]
! width=100|[[India]]
! width=100|[[Oroszország]]
! width=100| Más országok
|-
| '''2006'''-ban<br />(millió tonna)
| 1531
| 1117
| 1094
| 431
| 251
| 1016
|-
| '''2005'''-ben<br />(millió tonna)
| 3242
| 853
| 1505
| 736
| 288
| 1602
|}
</center>

== Kapcsolódó szócikkek ==
* [[Antracit]]
* [[Barnakőszén]]
* [[Feketekőszén]]
* [[Lignit]]
* [[Szénkörforgás]]
* [[Szén nanoszerkezetek]]
* [[Szénszál]]
* [[Tőzeg]]

== Jegyzetek ==
{{jegyzetek}}

== Források ==
{{commonskat|Carbon}}
* [https://web.archive.org/web/20040910230540/http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/magyarul/architekt/MagyarTudomany2003.html Újszerű szén nanocső struktúrák]
* [https://web.archive.org/web/20100528155234/http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/magyarul.html MTA MFA Budapest, Nanoszerkezetek Osztály]
* [https://web.archive.org/web/20100912143233/http://hirek.csillagaszat.hu/fold_es_hold/20100909-grafit-a-holdon.html Grafit a holdon]
* [https://web.archive.org/web/20111209005110/http://celebrate.digitalbrain.com/celebrate/accounts/zajaczne/web/szen/menu/?backto&verb A szén és tulajdonságai]
* [http://www.kfki.hu/chemonet/hun/eloado/kemia/szen.html A szén]
* [https://web.archive.org/web/20090206025826/http://www.honestus.hu/download/szentipusok.pdf SZÉNTIPUSOK RANGSORA ÉS TULAJDONSÁGAI]
* [https://web.archive.org/web/20130522235950/http://www.mtt.bme.hu/oktatas/BMEGEMT4106/letoltes/gyemant.pdf GYÉMÁNT]
* [http://users.atw.hu/gejokemo/a_szen_es_vegyuletei.doc A SZÉN ÉS VEGYÜLETEI]
* [https://web.archive.org/web/20101210173924/http://tuzeloanyag.com/szen-tuzeloanyag/szen-tuzeloanyag-online-a-szen-jellemzoi A szén jellemzői]
* [https://web.archive.org/web/20100206165630/http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/magyarul/Specmattech.html Speciális anyagok és technológiák a XXI. században]
* [https://web.archive.org/web/20100413060006/http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/magyarul/Nanotech-BLP.html Nano + technológia = nanotechnológia?]
* [http://tudomany.ma.hu/tart/cikk/h/0/37963/1/tudomany/Ket_ritka_asvany_is_kemenyebb_a_gyemantnal Lonsdaleit]

== További információk ==
* a magyar Wikipédia [https://www.gyimesilaszlo.hu/cgi-bin/okepl.cgi?C szenet tartalmazó vegyületeinek listája]

{{Ipari forradalom}}
{{Nemzetközi katalógusok}}
{{portál|kémia||klímaváltozás|-}}

{{DEFAULTSORT:Szen}}
[[Kategória:Szén| ]]
[[Kategória:Tüzelőanyagok]]