A SZÉN (CARBONIUM, C)
A gyémánt, a grafit és a faszén
Írta: dr. Lengyel Béla

A kémia és vívmányai, I. rész, Kir. Magy. Természettudományi Társulat, Budapest, 1940.


Jóllehet a szén nem tartozik a Földünkön leggyakrabban elôforduló elemek közé és mennyisége csupán körülbelül 0,21%-a Földet felépítô elemek összes mennyiségének, mégis fontosság tekintetében a legelsô helyek egyike illeti meg. A szén az élet nélkülözhetetlen, alapvetô eleme. A Föld legrejtettebb, leghozzáférhetetlenebb zugaiban folyó élet sorsa éppoly elválaszthatatlanul kapcsolódik hozzá a szénalkotta vegyületek természetéhez, mint a Föld leghatalmasabb, legfejlettebb lényeinek az élete.

Hogyan jutott a szén ehhez az elôkelô szerephez? Ha erre a kérdésre feleletet tudnánk adni, vele talán az élet titkát oldanók meg. Ez pedig messze meghaladná az emberi szellem teherbíróképességét. Mégsem kell azonban azt hinnünk, hogy teljes némaságra vagyunk kárhoztatva. A fizikai-kémiai kutatás ad kezünkbe olyan szerény, de megbízható eredményeket, amelyek legalábbis érthetôvé teszik elôttünk a szén kivételes helyzetét.

A szénnek az elemek periódusos rendszerében elfoglalt helye és az e hellyel kapcsolatos atomszerkezet következménye, hogy a szén és csakis egyedül a szén atomjai tudnak nagyszámban és könnyûszerrel egymással kapcsolódni. Ez a tulajdonság karöltve a szénatom négy-vegyértékûségével teszi lehetôvé hosszú szénláncok kialakulását és ezzel az életjelenségek számára nélkülözhetetlen óriásmolekulák keletkezését. A szerves kémia sok százezernyi vegyülete mind a szén e sajátságos viselkedésének köszönheti létét.

A szénvegyületek elválaszthatatlan kísérôi az életnek: a Föld szilárd kérgében, a tengerben és a levegôben egyaránt elôfordulnak. LE CHATELIER becslése szerint a légkör széndioxid alakjában 800 milliárd tonna szenet tartalmaz. A tengervíz minden köbméterében 25 g szén van, mint bikarbonát. Ebbôl az óceánok széntartalma kb. hatvanszor annyi, mint a levegôégé. A szén legnagyobb részét azonban a Föld szilárd kérge zárja magába. Karbonátok formájában a földkéregben több mint kétszázezerszer annyi a szén, mint a levegôben. Ehhez képest a Föld százmilliárd tonnára becsült szénkészlete (kôszén, barnaszén stb.) valóban elenyészô.

A szenet LAVOISIER fedezte fel 1780-ban. Azt találta, hogy az addig "fix" vagy "krétasavas" levegônek nevezett levegôfajta az oxigénnek és egy új elemnek a vegyülete. Az új elemet szénnek keresztelte el és hamarosan megállapította azt is, hogy ez az elem az ásványi szenekkel bensô kapcsolatban van.

Az elemi szén atomsúlya 12. A szén nem tekintve a szénatom említett önkapcsolódási képességébôl folyó különleges helyzetét egyéb vonatkozásokban is felhívja magára a figyelmet. Nem olvad és a szokott körülmények között oldószerekben nem oldódik. Ha az oxigén kizárásáról gondoskodunk, igen magas hômérsékletre lehet változatlanul felhevíteni, csupán az elektromos ív hômérséklete táján, 3500 fok körül következik be elpárolgása. Azok a kísérletek, amelyek a szén nyomás alatt való megolvasztását célozták, egyértelmû eredményre nem vezettek. Az I. G. Farbenindustrie A. G. cég egyik szabadalma szerint lehetséges szénrudak megolvasztása igen nagy erôsségû árammal, e rudak azonban nem állanak tiszta elemi szénbôl.

A szénnek közönséges hômérsékleten nincs oldószere. Néhány megolvasztott fémben azonban többé-kevésbbé oldódik. E szempontból legfontosabb az olvasztatt vas, mert ez a szénbôl aránylag legtöbbet old fel. A szén egy része a vassal vegyületté egyesül, más része azonban változatlan marad, és lehûtés közben az oldatból szén (grafit) alakjában válik ismét ki. Számos fémmel karbiddá egyesül, sziliciummal alkotott karbidja, a karborundum nagy keménységénél fogva fontos csiszoló anyag.

A szén éghetô. Levegôn hevítve meggyullad és széndioxidgázzá ég el: C+O2=CO2. Ez a reakció egyike a legôsibb vegyfolyamatoknak, amely már a tudományos kémia megalapozása elôtti idôkben is a technikai és kulturális fejlôdés fontos tényezôjévé vált. Ha nem áll elegendô oxigén rendelkezésre, vagy az égési hômérséklet igen magas, az égés során az oxigénben szegényebb szénoxid keletkezik: 2C +O2 = 2CO. Mind a két égéstermék fontos szerepet tölt be a kémiai iparban.

A szén hidrogénnel is közvetlenül kapcsolatba Iép. Az elektromos ívfényben acetilén (C2H2), alacsonyabb hômérsékleten metán (CH2) keletkezik. A szén kéngôzzel érintkezve, azzal széndiszulfiddá (szénkéneggé, CS2) egyesül. Nitrogénnel hidrogén jelenlétében ciánhidrogént (kéksav, HCN) ad.

A közönséges vagy alaktalan szén fekete, piszkoló külsejével a szénnek nem kizárólagos megjelenési formája. Vannak nemesebb, sôt igen elôkelô rokonai is: a grafit és a gyémánt, az ékkövek királynôje. Valamennyi féleségnek anyaga egyaránt a szénatomok sokasága. A különbség csak az, hogy míg a grafit kristályrácsában a szénatomok lazábban helyezkednek el, vagyis egyrnástól távolabb feküsznek, és a közönséges szénben a kristálykák emellett rendkivül kicsinyek, addig a gyémánt-kristályban a szénatomok elhelyezése rendkívül tömött. Ez a látszólag csekély különbség okozza azt, hogy a közönséges szén szurtossága a gyémánt irigyelt ragyogásává válik!
 

A grafit (balra) és a gyémánt kristályszerkezete

A gyémánt rokonságát a szénnel már a régi idôben is gyanították. NEWTON már 1605-ben feltételezte, hogy a gyémántnak, miként a szénnek, éghetônek kell lennie. A kérdést LAVOISEER döntötte el 1772-ben, amikor bebizonyította, hogy a gyémánt ugyanúgy széndioxiddá ég el, mint a szén, vagy egyéb széntartalmú anyagok.

A gyémánt a szabályos rendszerben kristályosodik, rendszerint köröskörül szépen fejlett kristálylapok határolják. Törésmutatója igen magas, 2,402,46, ennek köszönheti megközelíthetetlenül élénk tüzét. A fajsúly 3,52 körül van, szemben a grafit 2,3 és a közönséges szén 2 körüli fajsúlyával, ami szintén a gyémánt igen tömött atomszerkezetére utal. Ipari szempontból is fontos tulajdonsága rendkívül nagy keménysége, amely valamennyi ásványét felülmúlja. A gyémánt ezért csak saját porával csiszolható. Színe a teljesen színtelen, víztiszta kristálytól kezdve a legkülönféle árnyalatokat mutatja. A szín, mely szennyezések nyomaitól származik, a gyémánt értékének kialakulására rendkívül nagy hatással van.

A világ gyémántkincse kizárólag ásványi eredetû. Fô termôhelyei Ázsia, Amerika és Afrika, de ezek közül is DéI-Afrika jutott legnagyobb jelentôségre. Rendszerint másodlagos lelôhelyeken, egykori folyómedrek üledékes törmelékében fordul elô. Kivételt csupán a délafrikai elôfordulás jelent, ahol a kimberlitnek nevezett zöldes kôzetben is találtak gyémántot. E kôzet a vidéket felépítô kôzetrétegekben mélybe nyúló tölcsérszerû áttörésekben, pipe-ekben helyezkedik el. Ez a megfigyelés fényt vet a gyémánt keletkezésének módjára. Még e kürtôk sem tekinthetôk elsôdleges keletkezési helynek, ellenben valószínû, hogy a gyémánt a mélységbeli magmában keletkezett, ahol az uralkodó roppant nyomás és hômérséklet a gyémántképzôdés feltételeit megvalósító értékeket elérte. A kürtôk valamikor apró vulkánok lehettek, melyeken át a magma a felszínre tört, magával  ragadván a benne lebegô gyémántkristályokat. A magma megszilárdulásakor azután a kristályok egyszerûen befagytak és az anyakôzet lassú elmálása folytán kerültek másodlagos lelôhelyükre.

A gyémánt termelése vagy az aranymosás módjára történik, vagy pedig, miként az elsôdleges délafrikai lelôhelyeken, egyszerû külszíni fejtéssel, az anyakôzet felaprításával és a gyémánt kiválogatásával. A gyémánttartalom még a leggazdagabb elôfordulásban is csupán két milliomod része a kibányászott kôzetnek. A kövek rendszerint aprók, az össztermelésnek kb. csak 10%-a ad 10 karátnál (2 g) nagyobb köveket. A 100 karátnál súlyosabb kövek pedig éppen ritkák. A legnagyobb, eddig ismert gyémántot 1905-ben találták a délafrikai Transzval "Premier mine" nevû bányájában. Ez a Cullinannak elkeresztelt gyönyörû kô 3106 karát, vagyis 621,2 g súlyú, elsôrendû minôségû tiszta fehér kristály. A gyémánt 1907-ben EDWARD angol király birtokába került. Késôbb három részre hasították, és 65% veszteséggel 9 nagyobb és 96 kisebb brilliánst csiszoltak belôle, amelyek közül a három legnagyobb az angol koronaékszereket díszíti.

Nem minden gyémánt "vize" eléggé tiszta, vagyis átlátszósága nem üti meg azt a mértéket, amelyet a drágakövektôl megkívánnak. Ezek a másodrendû gyémántfajták, amelyek bort, ballaszt és karbonádó néven kerülnek forgalomba, iparilag találnak értékesítést. A bort legtöbbnyire sötét színû, sugaras-gömbös gyémántszemecske. A ballaszt apró gyémántkristályok gömbös összenövésébôl származik, a karbonádó ugyancsak apró, sötét színû gyémántkristálykák halmaza. A karbonádó keménysége rendszerint még a gyémánténál is nagyobb és így közönséges gyémántporral alig csiszolható.

A gyémánt technikai értékesítési területét különösen keménysége szabja meg. Elterjedt alkalmazásra talál, mint az üvegvágó karcoló hegye, továbbá fúrószerszámok és fúrógépek alkatrésze. Különösen a régebbi idôben sokat használt belôle a kôolajipar. Ha ugyanis petróleumkutak fúrása közben kemény kôzetrétegeken kellett áthaladni, a forgófúró alsó szélét gyémántkoszorúval rakták ki úgy, hogy forgás közben a gyémánt vágja a kôzetet. Fontos szerep jut a technikai gyémántnak az izzólámpaiparban is. A wolfram izzószál átmérôjének hajszálpontos kialakítása ugyanis igen lényeges. Úgy járnak el, hogy a kellôen elôvékonyított szál végsô méretét a megfelelô módon kifúrt gyémántdarabka nyílásán való áthúzással adják meg, miközben a szál pontosan felveszi a nyílás méretét. A nagy keménység következtében a gyémánt nem kopik és a nyílás a kívánt méretet hosszú idôn át megtartja. Az ipari alkalmazások a kezdetben lebecsült karbonádó árát az elmúlt évtizedben jelentékenyen felhajtották. 1927ben az 110 karát nagyságú, kiváló minôségû karbonádó karátjáért 500600 pengõt (P) fizettek.

A drágakônek használt gyémánt ára lényegesen függ a kô nagyságától, színétôl, tisztaságától. 1930-ban az elsôrendû egykarátos kô ára 25oo P körül mozgott és ez az ár a kô nagyságával lényegesen növekedett. Természetes, hogy a világhírû nagy gyémántok ára reálisan meg sem adható, hanem ezek a "mûkedvelô" árak attól függenek, hogy a kô milyen körülmények között kel el. A világ gyémánttermelésének értéke 1914-ben három millió karát körül mozgott, 1930-ban majdnem elérte a hét millió karátot, ami kb. 1,2 tonna. MEISNER a világ eddigi összes gyémánttermelésének összértékét tíz milliárd pengôre becsüli.

A gyémánt óriási ára természetszerûen már régen felkeltette mesterséges elôállításának gondolatát, különösen miután kiderült, hogy a gyémánt anyaga éppúgy szén, mint a grafité, vagy az alaktalan széné. Az alacsonyabbrendû szénfajták átalakítása gyémánttá azonban nem könnyû feladat. A szenet sem cseppfolyósítani, sem kristályosítani nem tudjuk és az oldási lehetôségek is ugyancsak korlátoltak. A gyémánt tömött szerkezete, valamint keletkezésének módja arra utalnak, hogy a szenet olvasztott fémes oldatából csak igen tetemes nyomáson és az oldószer természetére tekintettel csak igen magas hômérsékleten lehet gyémánt alakjában kristályosítani.

Az elmúlt száz esztendô alatt számosan kísérelték meg a gyémánt mesterséges elôállítását. E vizsgálatok közül különösen MOISSAN kísérletei vertek fel nagy port. MOISSAN olvasztott vasban szenet oldott, az olvadt tömeget vízbe öntötte és így igen hirtelen hûtésnek vetette alá. A legelôször megszilárduló külsô vaskéreg hirtelen összehúzódása következtében a még folyékony belsôrészben roppant nyomás keletkezett úgy, hogy a gyémánt kikristályosodásának kedvezni látszó viszonyok állottak elô. A teljes kihûlés és a vas feloldása után maradtak is vissza apró, fényes, igen kemény kristálykák, melyeket gyémántnak véltek, melyekrôl azonban kiderült, hogy csupán a vas és szén igen ellenálló vegyületei.

Ez az eredménytelenség azonban mégsem jelentett meghátrálást. A német szabadalmi hivatal 1934-ben gyémánt elôállító eljárásra adott szabadalmat. Az eljárás szerint vasreszeléket, kohósalakot és amorfszenet igen nagy nyomást kiálló nemesacélból készült fémtömb belsejébe visznek, melybe még szilárd széndioxidot, vagy folyékony szénmonoxidot is juttatnak. Az üreget dugattyúval lezárják, majd a dugattyú segítségével a nyomást 5000 atmoszférára emelik és az egész készüléket kb. 1000 fokra fûtik. Ezután a nyomást hirtelen 15000 atmoszférára emelik fel, majd néhány másodperc múlva újra lecsökkentik és végül a fûtést is megszüntetik.

Ezzel az eljárással állítólag sikerült 15 mm átmérôjû, homályos lapú kristályokat elôállítani, melyeket a bécsi állami drágakôvizsgáló-intézet gyémántnak minôsített. A fizikai és kémiai vizsgálatok is a természetes gyémánttal való azonosságot bizonyították. Az eljárásnak gyakorlati jelentôsége azonban még sincs, mert a kísérletek egyrészt roppant veszélyesek a gyakori robbanások miatt, másrészt pedig az elôállítás költségei akkorák, hogy a mesterséges gyémánt a természetesnél jóval többe kerül. Így tehát a természetes gyémánt uralmának megdöntése még nem sikerült.

A másik szénmódosulat, a grafit, szürkés, fémes fényû megjelenésével már jóval elterjedtebb, mint ritka, de annál csillogóbb rokona. Szintén kristályos, de míg a gyémánt kristályrácsában a szénatomok igen tömött elrendezésûek, addig a grafitkristály sokkal lazább szerkezetû.

A grafitnak a gyémánttól eltérô tulajdonságai szerkezetébôl következnek. Kémiai hatóanyagokkal szemben kevésbbé ellenálló. Tömény salétromsav mellitsavvá oxidálja. Fajsúlya a minôség szerint 2,2 és 2,3 között mozog. Az egyes grafitrészecskék egymáson könnyen elmozdulnak, innen a grafit jó kenôképessége. Elektromos tulajdonságai már a fémekre emlékeztetnek, az elektromos áramot fémesen vezeti, mindamellett vezetôképessége a fajta szerint eléggé változik.

A grafit a természetben számos helyen elôfordul és hosszú ideig csak ásványi eredetû grafit volt forgalomban. Az angliai Borrowdale melletti régi grafitbánya, amelyet 1564,-ben nyitottak meg, már teljesen kimerült.
Szerepét más, újonan felfedezett bányák vették át, melyek közül a szibériai Batugol-bánya vált híressé. Manapság a grafitszükséglet nagy részét a ceyloni és madagaszkári bányák látják el.

A természetes grafit tisztasága igen változó. Hamutartalma 660% között mozog, sôt az európai grafit hamuja a 80%-ot is eléri. A tiszta grafit elôállítása természetesen a nyersanyag nagyfokú tisztítását teszi szükségessé. A nyers grafitot száraz vagy nedves úton igen finomra õrlik és azután szeleltetéssel vagy iszapolással választják el a meddôkôzet fôrészétôl. Ezt az elôtisztítást kémiai tisztítás követi, amelynek célja az, hogy az anyagot a szennyezésektôl megszabadítsa. A különféle eljárások savas vagy lúgos tisztítómódszereket használnak.
A grafit ipari alkalmazásában a múIt század végén olyan fellendülés mutatkozott, hogy a természetes forrás mennyiség, de különösen minôség tekintetében nem mutatkozott kielégítônek. A jó minôségû grafit ára igen felszökött.

Ezek a jelenségek a mesterséges elôállításra irányították a figyelmet. Ismeretes volt az, hogy bizonyos körülmények között a szén grafittá alakulhat. A grafitosodás legkézenfekvôbb példáját a vaskohászat szolgáltatja, mert a nyersvasban oldódó szén lehûléskor részben grafit alakjában válik ki. Minthogy azonban a vasban és egyéb fémekben is a szén csak alig oldódik, e képzôdésmód ipari jelentôségre nem jutott. Ugyanez lett a sorsa azoknak a próbálkozásoknak, amelyek széntartalmú gázok termikus elbontása útján igyekeztek grafithoz jutni.

A mesterséges grafit elôállításának kérdését azok a megfigyelések terelték helyes irányba, melyeket ACHESON a sziliciumkarbid (karborundum) elôállítása közben tett. A karborundum homok és szén igen magas hômérsékleten bekövetkezô reakciójából áll elô:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO.

ACHESON azt tapasztalta, hogy az elektromos fûtésû karborundum-kemencében, különösen annak legmagasabb hômérsékletû középsô részén nem sziliciumkarbid, hanem grafitkristálykák keletkeznek, melyek alakja azonban a karborundum kristályformájával azonos. Ez észlelésbôl azt következtette, hogy a grafit a sziliciumkarbid hôokozta disszociációja révén jött létre.

A grafitképzôdés e módját beható vizsgálatoknak vetették alá, melyek során sikerült tisztázni a grafitosodás mechanizmusát. A sziliciumkarbid bomlásakor szabaddá váló sziliciumatom a még változatlan szénnel újabb sziliciumkarbidmolekulává egyesül, amely ismét bomlik és a játék láncszerûen ismétlôdik. Ennélfogva aránylag csekély mennyiségû szilicium (homok) sok szenet (kokszot) alakít át grafittá.

 Az "Acheson Graphíte Company" a Niagara-zuhatag vizierejének felhasználásával dolgozik és az alapítás óta tekintélyes üzemmé fejlôdött. A grafitkemence a karborundum-kemencéhez hasonló, kb. 10 m hosszú, tûzálló bélésû kád, melynek homlokfalain nyúlnak be a grafitból készült elektródok. Ha a nyersanyag antracit, kevés kokszot is adnak hozzá, hogy a még hideg tömeg vezetôképességét növeljék. Természetesen homok is kerül a kemencébe. Az elektródok közét kitöltô töltet ellenállásként mûködik és az áram bekapcsolása után a Joule-féle hô folytán hevül fel. A feszültség- és intenzitásviszonyokat úgy választják meg, hogy a kemence belseje 2000-2200 fokra hevüljön; 24 óra multán az áramot kikapcsolják és lehûlés után a kemecébôl a keletkezett grafitot eltávolítják.

Minthogy a mesterséges grafit rendkívül tiszta, jelentôsége igen megnövekedett. 1926-ban a világ összes (természetes és mesterséges) grafittermelése meghaladta a 125000 tonnát.

A grafittermelés fokozódását sokféle felhasználási módja tette indokolttá. Régmult idôkre nyúlik vissza a grafitból készült tégelyeknek alkalmazása olvasztótégelyként fémöntôdékben, valamint olyan üzemekben, ahol az olvasztott anyag oxidálás ellen való védelme fontos. A "passaui grafittégely" már a XV. század folyamán híressé vált. E tégelyek elônye nemcsak az, hogy tartalmukat redukálják, illetve annak oxidálását elhárítják, hanem az is, hogy a grafit jó hôvezetôképessége következtében a hirtelen hômérsékletváltozással szemben is érzéketlenek és így nem repednek. Az elektromosság jó vezetése következtében a tégelyeket ellenállásként elektromos úton is lehet fûteni.

A tégelyek anyaga nem tiszta grafit, hanem grafit és tûzálló agyag keveréke. A grafitot és az agyagot kellô finomságúra ôrlik, majd kevés vizet adnak hozzá, hogy az elkevert nyersanyagból keletkezett tömeg gyúrható legyen. Az anyagot néhány napon át érlelik és ezután kéziformálással vagy sajtolással alakítják ki a kivánt testet. Sajtolás közben a finom grafitlemezkék síkjukkal a tégely falával párhuzamosan állanak be, és annak palaszerû szerkezetet adnak. E szerkezetnek köszönhetôk a tégely jó mechanikai tulajdonságai. A formált alaktesteket megszárítják, majd 900 fok körüli hômérsékleten kiégetik.

A grafittégelynek számos tulajdonsága mellett súlyos hibája, hogy lassacskán elég. Azok a törekvések, amelyek e korrózió ellen a tégely külsô falát védôrétegek rákenésével igyekeztek ellenállóvá tenni, nem vezettek gyakorlati eredményre.

A jó elektromos vezetôképesség a grafitot az áram szállítására is alkalmassá teszi: elektródokat, ellenállásokat és kemencefûtôtesteket készítenek belôle a legkülönbözôbb méretben és kivitelben.

A grafit legközisrriertebb szerepéhez a ceruzagyártásban jutott. A XIV. és XV. században írásra ón és ólom keverékébôl készült rudacskákat használtak, innen a német "Bleistift" elnevezés. A mai ceruza ólmot nem tartalmaz, mert a borrowdalei grafit feltárása után már a XVI. század közepén megjelentek a grafitból faragott rudak. Késôbb vékonyabb rudacskákat faragtak, melyeket a törés veszedelme ellen faköpennyel védtek. A fellendülô ceruzaipar annyi grafitot igényelt, hogy e szükségletet a bányák nem tudták fedezni. Ezért megpróbálták a grafithulladék felhasználását is és azt valamely alkalmas kötôanyag segítségével rudakká igyekeztek formálni. Ez azonban csak akkor sikerült, mikor 1895-ben agyagadalék alkalmazására tértek át. A fínomra ôrölt grafitot ugyancsak ôrölt agyaggal keverték és formálás után kiégették. A mai ceruza 150 év elôtti ôsétôl miben sem különbözik és a ma is fennálló Faber- és Hardtmuth-féle gyárak már abban az idôben keletkeztek.

Az agyagtartalmú grafitbél a papíron a tiszta grafit fémes nyomát felülmúló szürkés-fekete nyomot hagy, amely a papíron jól tapad. A gyártásra különösen azok a grafitféleségek alkalmasak, amelyek egységes szerkezetûek és zavaró szennyezéseket nem tartalmaznak. Az agyag minôségét is gondosan kell megválasztani. A két összetevô mennyiségének viszonya szabja meg a ceruza keménységét. A ceruzában a grafit a festék szerepét tölti be. E tulajdonsága más vonatkozásban is érvényesül, mert fínom pora jól használható kályhamázként, valamint szürke és fekete festékek pigmenseként.

Az a nagy könnyûség, amellyel a grafitkristálykák bizonyos irányokban hasadnak, valamint az egyes részecskéknek könnyû csuszamlása egymáson, a grafitnak rendkívüli alakítható képességet, valamint képlékenységet kölcsönöz. E két tulajdonságon alapul két, fôként az újabb idôkben fontossá vált alkalmazás: a grafit mint tömítô és kenôanyag. A grafit nyomás alatt "folyni" kezd és eközben az ôt körülzáró teret messzemenôen kitölti, az edény legcsekélyebb egyenetlenségeibe is benyomul. Tömítéskor és kenéskor azonban éppen ezt a feladatot kell megoldani.

Természetes, hogy ilyen célokra csak a legtisztább, pikkelyes szerkezetû grafit felel meg. Már 0,2% idegen anyag is zavarokat okozhat. Kenésre különösen alkalmasak a grafit vizes vagy olajos kolloid oldatai. Az oildag és aquadag néven forgalombahozott szuszpenziók tengelycsapágyak, transzmissziók és robbanómótorok hengereinek kenésére jól beváltak. E kenôszerek készítéséhez az igen tiszta grafitot kolloid-malomban rendkívül fínomra ôrlik, majd tanninos és ammóniás kezeléssel még fínomabbra oszlatják. Az így keletkezett anyagot vezetik azután a megfelelô diszpergáló közegbe.

A grafit végül az elektrokémiában is hasznosítható. Galvanoplasztikai, valamint galvanosztégiai eljárásokban, továbbá galvánelemek pólusaként kerül alkalmazásra.

Érdekes átmenet a grafit és gyémánt között a fénylôszén. Ez akkor keletkezik, ha széntartalmú gázok síma felületeken, mint porcellánon, kvarcon 65o fok felett elbomlanak. A lerakodó vékony szénréteg a grafittal ellentétben üvegszerû, rideg, fényes-fekete szén, amely kémiai hatásokkal szemben majdnem teljesen ellenálló és keménysége is kiváló: még a korundot is karcolja. A fénylôszén kristályszerkezete a grafit és gyémánt között áll: a röntgenspektroszkópiai vizsgálatok szerint a grafit kristályeleme oly értelemben deformálódott, hogy a gyémánt kristályrácsához közeledik, mindamellett a szénatomok négy vegyértéke még nem teljesen egyenértékû, mint a gyémánt esetében. A fénylôszén szerkezete függ az elôállítás módjától és hômérsékletétôl. Egész sor átmeneti alak létesíthetô.

Mennyiségében és jelentôségében egyaránt legfontosabb szén féleség a közönséges (alaktalan) szén. A Föld mélyén óriási tömegben halmozódott fel az ásványi szén, amely nemcsak a vegyi iparnak, hanem az energiatermelésnek és ezen át a modern technika valamennyi ágának is alapvetôen fontos, nélkülözhetetlen tényezôje. Az ásványi szenek a maguk számos féleségében korántsem képviselik az alaktalan szén tiszta formáját. E szenek növényi anyagokból a szenesedés évmilliókon át tartó folyamatában keletkeztek és e bomlás természetének megfelelôen szénnek és a legkülönfélébb szénvegyületeknek konglomerátumai. Az ásványi szén technológiája a vegyi ipar külön, hatalmas fejezete.

De nemcsak az ásványi szén, hanem az alaktalan szén egyéb, leghivatottabb képviselôi, mint pl. a faszén, sem tekinthetôk egységes anyagnak. Régebben a közönséges szenet külön módosulatnak (amorf szén) tartották, Újabb vizsgálatok azonban; fôként a röntgenanalizis, azt valószínûsítik, hogy a közönséges szén rendkivül apró grafitkristálykák tömkelegébôl épül fel, azaz mikrokristályos. Közte és a grafit között számos átmenet van; a valóságban rendszerint az alaktalan szén és ez átmeneti formák változatos keverékével állunk szemben.
A gyakorlati életben az alaktalan szén kémiai értelemben vett tiszta alakjával nem találkozunk, hanem amit e névvel jelölünk, az rendszerint szénben igen gazdag, mesterséges úton elôállított termék, amely szerves anyagoknak (fa, ásványi szenek, szénhidrogének stb.) pirogén elbontása útján keletkezett.

A legrégebben ismert alak a faszén. Évszázadok óta állítják elô erdôségek mélyén a fának levegôtôl elzárt térben való hevítése révén. E primitív szénégetôrakásokban a termelés gazdaságtalan módon folyik: a kupacba rakott fát kívülrôl sárral, agyaggal körültapasztották, majd alkalmas csatornán begyujtva, arról gondoskodtak, hogy csak a tökéletlen elégéshez szükséges, csekély mennyiségû levegô jusson a máglyába. A folyamat 78 napon át tartott és a szenesedés közben keletkezô értékes melléktermékek mind elfüstöltek a levegôbe.

A szénégetés õsi módja

A modern termelés sokkal gazdaságosabb módon folyik. A fát zárt retortákban, külsô tüzeléssel szenesítik, sôt legújabban úgy járnak el, hogy a zárt térbe helyezett fára vezetett forró, nem éghetô gázzal végzik a szenesítést. Ez eljárások már gondoskodnak arról, hogy a melléktermékek ne menjenek veszendôbe. E melléktermékek a metilalkohol vagy faszesz, az aceton, az ecetsav, illetve a famész, végül pedig a fakátrány, a faszén termelése mellett egyáltalán nem elhanyagolható értéket képviselnek.

A faszén legôsibb felhasználási módja a vaskohászatban jelentkezett, mint a nagyolvasztó vasérceinek redukáló anyaga. A múlt század folyamán e szerepet nagyrészt elvesztette, mert a kohók a piacon újonnan megjelenô, addig ismeretlen koksz használatára tértek át. Az Uralban azonban még ma is évi 700000 tonna nyersvasat állítanak elô faszén segítségével. Mint igen tiszta szén, a metallurgia egyéb területein is szerephez jut, de használják számos vegyitermék elôállítására, így a szénkéneg, nátriumcianid, ferroszilicium gyártásával kapcsolatban, továbbá mint tüzelôanyagot a kisiparban, háztartásokban és laboratóriumokban.

E felhasználások mellett jelentôségében egyre fokozódik és már hatalmas iparrá fejlôdik az az alkalmazás, amely a faszén színtelenítô és szagtalanító tulajdonságán alapul. Adataink vannak arra, hogy a faszén e tulajdonságát már a XV. században felismerték. Elsô gyakorlati alkalmazásával azonban csak a XVIII. század vége felé találkozunk, amikor LOWITZ borkôsav kristályok tisztítására, LIPMANN cukorgyári levek rafinálására használta fel, sôt SCHEELE már különbözõ gázok elnyelésére is alkalmazta.

Mindeme felhasználási lehetôségek a faszén adszorbeáló képességén alapulnak. Az adszorpció az adszorbens felületén következik be. A felület a vele érintkezô gáz, folyadék, vagy oldott anyag molekuláit nagy hevességgel magához kapcsolja és így rajta az adszorbeált anyag nagy mennyiségben felhalmozódhatik. Az adszorpció általában annál könnyebben megy végbe, minél nagyobb az adszorbeálandó anyag molekulasúlya. Innen van, hogy elsô sorban valamely vizes oldat nagy molekulájú festékanyagai és egyéb szennyezései, valamint gázelegyekbôl is a nagy molekulasúlyú, tehát könnyen cseppfolyósodó gázok kötôdnek meg. E szelektív adszorpcióval magyarázható a színtelenítô, derítô és szagtalanító hatás.

A faszén adszorbeáló képessége nem egyformán tulajdonsága az egész  felületnek, hanem a felületen kisebb-nagyobb mértékben elôforduló, úgynevezett aktív helyekhez van kötve. E helyeken valószínûleg olyan, szabadon ágyazott szénatomok vannak, amelyek nem teljesen telítettek. Ha e feltevés helyes, akkor az aktív helyek számának céltudatos szaporításával módunkban van az adszorbeáló képességet fokozni. E törekvés nem marad puszta célkitûzés, hanem számos módszert sikerült kidolgozni az aktiválás foganatosítására és az aktív, tehát fokozott adszorbealó képességû szenek elôállítása jelentôs iparrá izmosodott.

Aktív szenet legáltalánosabban faszénbôl, illetve fából állítanak elô.A legegyszerûbb eljárás abból áll, hogy megfelelô módon elôállított faszénbriketteket  7800 fokon túlhevített vízgôz hatásának teszünk ki. A vízgôz a faszén felületével csekély mértékben a vízgáz-reakció értelmében reagál. A különben is zeg-zugos szerkezetû felület még fokozottabban felmaródik és ezzel karöltve az aktív helyek száma szaporodik.

Egy másik eljárás szerint a fát vagy egyéb celluloze tartalmú anyagot kémiai úton, cinkklorid vagy foszforsav segítségével szenesítenek el. Kiindulási anyagul fa helyett csonthéjjas gyümölcsök héjját, tôzeget, állati eredetû szerves anyagokat, valamint csontot is lehet használni. Az utóbbinak csak 610%-a szén, többi része fôként kalciumfoszfátból áll.

Az aktív szén a modern technikában számtalan alkalmazásra talál. Elsôsorban színtelenítô és derítô tulajdonságán alapuló alkalmazását kell említeni. Vagy úgy járnak el, hogy az anyagot az aktív szén porával, szuszpenziójával, esetleg kolloid oldatával keverik, vagy pedig szûrôbetéteket sajtolnak belôle és az anyagot ily betéteket tartalmazó szûrôpréseken vezetik át. Sikeresen használható. fel az aktív szén szag- és ízanyagok eltávolítására is. Fontos szerepe jut a víztisztítási eljárásokban. Az ivóvízbôl az egészségre veszedelmes baktériumok és egyéb élôszervezetek eltávolítása legcélszerûbben klórozással történik. A klór azonban maga is méreg, amellett rossz ízû is, a vízbôl tehát még a nyomát is el kell távolítani. E tekintetben bizonyos esetekben az aktív szén igen jó szolgálatokat tesz.

Valamennyien találkoztunk már az aktív szénnek egy köznapian ismert formájával és bizonyára éltünk is vele, ha az ünnepi ebéd tulságosan megterhelte gyomrunkat: az orvosi szén az emésztôutakban felhalmozódott kellemetlen bomlástermékeket és gázokat adszorpció révén teszi ártalmatlanná.

Az aktív szénnek egyik legmodernebb alkalmazása, amikor valamely gázelegy egyes összetevôinek eltávolítására, kiszûrésére alkalmazzák. Ezen az úton távolítják pl. el a világítógázból a benzolgázt .

Ugyancsak az aktív szén gázadszorbeáló hatásán alapul az a szerep, amely mint a gázálarc szûrô berendezésének alkatrésze jut neki. A gázálarc lelke az a szûrõbetét, amely a lélekzésre szánt levegô megtisztítására hivatott. Az aktív szén apró hurkácskákból álló rétegét minden szûrôbetétben megtaláljuk, ez azonban önmagában még nem nyujt teljes biztonságot, mert az aktív szén a harci gázok egyik legveszedelmesebbjét, az igen illékony foszgént nem köti meg és a harmatalakban alkalmazott kémiai harci anyagok is áthaladhatnak rajta.

E vegyületek megkötésére a gázálarc további rétegeket tartalmaz, nevezetesen gyantával itatott gyapotot vagy a magyar honvédségnél jól bevált libatollat a harmat megkötésére és ezenkívül még a foszgén hatását közömbösítô vegyi anyagokat is. Ma, amikor világszerte folyik a polgári lakosság légitámadások. elleni védelmének kiépítése és amikor milliószámra gyártják a gázálarcokat, akkor az aktív szén e mindnyájunkat talán legközelebbrôl érintô szerepe egyáltalában nem lekicsinylendô.

A közönséges szén további ipari vonatkozásban fontos alakja a korom. Anyaga majdnem tiszta szén és különbözô fajtáiban különbözô szemcsefínomságú, mély fekete színû és nagy fedôképességû szénféleség, amely mint pigmens különösen a nyomdaiparban talál alkalmazásra, de a gumiipar sem nélkülözheti, mint a gumi kopás-ellenállóképességét meglepô módon rendkívül felfokozó töltôanyagot. A kormot széntartalmú anyagok, olajok tökéletes elégésével, vagy pirogén elbontásával állítják elô. Az elôállítás módja szerint lámpakormot, gázkormot stb. különböztetnek meg.

Lámpakorom elôállítása PRECHTL szerint. A kormozó láng a lassan forgó, belülrôl hûtött henger palástjával érintkezik. A lerakódott kormot a másik oldalon késekkel lakaparják.

Említést érdemel még a földgázból való koromelôállítás. Ennek lényege az, hogy a metánt kevés levegôvel keverve úgy égetik el, hogy égés közben a metán széntartalma korom alakjában váljék ki.


Fullerének
A kémia és vívmányai
http://www.kfki.hu/chemonet/