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Kohlenstoff / Carbonium
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Anthrazit
Allgemeines
Name	Kohlenstoff / Carbonium
Symbol	C
Ordnungszahl	6
Gruppe	Kohlenstoffgruppe
Zeitspanne	Periode 2
Block	P-Block
Serie	Nichtmetallisch
Farbe	Farblos oder schwarz
Chemische Eigenschaften
Atommasse (Sie)	12,011 g.mol−1
Elektronenkonfiguration	[Hallo]2s2 2p2
Oxidationsstufen	−4, 2, 4
Elektronegativität (Pauling)	2,55
Atomradius (Uhr)	77
1 Ionisationspotential (kJ·Maulwurf−1)	1086,46
2. Ionisationspotential (kJ·Maulwurf−1)	2352,65
3. Ionisationspotential (kJ·Maulwurf−1)	4620,50
Physikalische Eigenschaften
Dichte (kg·ich−3)	2620
Härte (Mohs)	0,5/10,0
Sublimationspunkt (K)	±3920
Aggregatzustand	Fest
Schmelzwärme (kJ mol−1)	105
Verdampfungswärme (kJ mol−1)	710,9
Van-der-Waalse-Radius (pm)	170
Kristallstruktur	Verhexen
Molarvolumen (m3mol−1)	3,42/5,31
Schallgeschwindigkeit (mso−1)	18350
Spezifische Wärme (J kg−1·K−1)	710
Elektrischer Wiederstand (μΩ·cm)	1375
Wärmeleitung (Wich−1·K−1)	140
SIEinheiten und Standardtemperatur und -druck werden verwendet, sofern nicht anders angegeben
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Kohlenstoff (Latein: Karbonium) ist ein Chemisches Element mit Symbol C und Ordnungszahl 6. Es ist ein nichtmetallisch das in verschiedenen Formen, Allotrope, verhindert. Allotrope kommen in der Natur vor Diamant, Graphit, amorpher Kohlenstoff und das seltene lonsdaleit vor dem. Fulleren sind synthetische Formen von Kohlenstoff.

Geschichte

Carbon war schon im prähistorische Antike entdeckt und verwendet in Form von Holzkohle, das durch Erhitzen von organischem Material (meist Holz) in einem sauerstoffarm Umfeld. Das Englisch Kohlenstoff ist daher abgeleitet von der Latein Wort für Kohle.

Ebenfalls Diamant, Ein weiterer allotrop aus Kohlenstoff, ist seit langem bekannt. Erst seit wenigen Jahrzehnten ist es möglich, Diamanten synthetisch herzustellen. Fulleren, ein drittes Allotrop, wurde in der die 80er entdeckt beim Studium des Massenspektrums eines Experiments, bei dem ein Laser Kohlenstoff verdampfte.

Aussehen

Kohlenstoff kommt in Form von Kohlenwasserstoffe, insbesondere fossile Brennstoffe Erdgas und Petroleum. Aus Erdöl wird in der petrochemische Industrie unter anderem Benzin und Kerosindestilliert und es dient als Grundlage für viele Synthetik, unter denen Kunststoffe.

Anwendungen

Andere Anwendungen sind:

• Das Isotop¹⁴C (entdeckt am 27. Februar1940) wird verwendet mit Kohlenstoff-14-Datierung.
• Graphit bildet den "Streifen"-Teil in Bleistiften, wobei auch Ton für die Festigkeit hinzugefügt wird.
• Diamanten (reiner Kohlenstoff) finden Anwendung in (Edel-) Schmuck und werden aufgrund ihrer Härte unter anderem in Bohrer.
• In der Produktion von Stahl ist Kohlenstoff einer der Stoffe, die Eisenerz ist gemischt.
• Im Kernreaktoren Graphit wird in Stäben verwendet, um Kernspaltungsprozess zu moderieren oder überschaubar zu halten.
• Die chemischen und strukturellen Eigenschaften von Fullerene weisen darauf hin, dass diese Kohlenstoffkomplexe eine vielversprechende Rolle in der Nanotechnologie.
• In fein zerteiltem Zustand (Aktivkohle) Kohl hat einen hohen spezifische Oberfläche und kann als Adsorptionsmittel verwendet werden. Es wird als Filtermaterial zum Entfärben von Flüssigkeiten verwendet und sogar eingenommen, um Giftstoffe aus dem Magen-Darm-Trakt ('Norit') zu entfernen.
• Elektronikwiderstände (Graphitbeständigkeit); Kohlenstoff ist zwar ein guter Stromleiter, aber eine dünne Schicht kann als Widerstand dienen. Allerdings nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur zu. (Je stärker der Strom, desto höher die Temperatur und desto höher der Widerstand.) Graphit hat den Vorteil, dass es Temperaturerhöhungen gut standhält.
• Kohlenhydrate als Ethanol, Zucker wenn Saccharose, Glucose, Fruktose, Stärke usw.
• Gemüse Öle und Fette und seine Verarbeitung in Lebensmitteln und Oleochemie.
• Vor allem aber ist das Element Kohlenstoff für alle Lebewesen unverzichtbar: Alle organischen Verbindungen enthalten das Element Kohlenstoff.

Bemerkenswerte Funktionen

Kohlenstoff ist ein vierwertiges Element, das in großen Mengen auf der Erde vorkommt. Die vier wichtigsten Allotrope sein:

• Graphit, einer der weichsten bekannten Feststoffe, mit einer Härte von 1,5, jedoch in Form von Kohlefaser aber mit einer hohen Zugfestigkeit;
• Diamant, die härteste natürliche Mineral die wir wissen, mit einer Härte von 10,0;
• amorph Kohlenstoff;
• Fullerene, synthetische Hohlstrukturen mit elektrochemisch Eigenschaften, die für die Anwendung interessant sind Nanotechnologie.

Darüber hinaus wurden noch exotischere Formen entdeckt wie zum Beispiel lonsdaleit, glasiger Kohlenstoff und starre, gerade Ketten wie 'Karabiner' (mit alternierenden Einfach- und Dreifachbindungen) und kumulativ (nur mit Doppelbindungen).

Allotrope Formen von Kohlenstoff: a) Diamant, b) Graphit. c) Lonsdaleit, d) Fulleren (C₆₀), e) C₅₄₀, f) C₇₀, g) amorph, h) Nanoröhre

Kohlenstoff bildet bei Normaldruck Graphit. Jedes Kohlenstoffatom geht mit drei anderen Kohlenstoffatomen Bindungen ein. Diese Verbindungen liegen alle in derselben Ebene, die aus verschweißten Sechskantringen besteht, genau wie aromatische Kohlenwasserstoffe. Die beiden bekannten Graphitformen alpha-hexagonal und beta-rhomboedrisch haben identische physikalische Eigenschaften, unterscheiden sich jedoch in der Kristallstruktur. Naturgraphit kann bis zu 30 % der Beta-Form aufweisen. Synthetischer Graphit enthält nur die Alpha-Form. Die Alpha-Form kann durch mechanische Behandlung in die Beta-Form übergehen. Oberhalb von 1000 °C kehrt die Beta-Form in die Alpha-Form zurück.

Graphit leitet Elektrizität (bis zum Umzug von dem p-Orbital). Graphit ist sehr weich und besteht aus Schichten, die leicht übereinander gleiten, da die Verbindung zwischen den Schichten nur durchläuft Van-der-Waals-Kräfte wird gebildet. Die Festigkeit innerhalb einer Schicht ist wiederum groß, eine Eigenschaft, die Kohlefasern ("Bänder" aus Graphit) ausgedrückt wird.

Bei sehr hohem Druck kann die zweite allotrope Form Diamant gebildet werden. Im Diamant geht jedes Kohlenstoffatom mit vier anderen Kohlenstoffatomen eine Bindung ein. Diamant hat die gleiche kubische Struktur wie Silizium und Germanium. Die Stärke der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen macht Diamant zusammen mit dem isoelektronischBornitrid die härtesten bekannten Compounds, die extrem kratzfest sind.

Bei Raumtemperatur ist der Übergang von Graphit zu Diamant extrem langsam. Unter bestimmten Bedingungen kristallisiert Kohlenstoff als Lonsdaleit, eine Form ähnlich dem Diamanten, aber sechseckig.

Kohlenstoff kommt in vielen verschiedenen Verbindungen, in allen organischen Lebensformen vor und bildet die Grundlage für die organische Chemie. Kohlenstoff hat auch die interessante Eigenschaft, dass er mit sich selbst und unzähligen anderen Elementen chemische Bindungen eingehen kann (die Zahl der Kohlenstoffverbindungen ist theoretisch unbegrenzt). Kohlenstoffformen in Verbindung mit Sauerstoff unter anderem CO₂, die für das Pflanzenwachstum unerlässlich ist. In Verbindung mit Wasserstoff bildet die sogenannte Kohlenwasserstoffe. Dazu gehört auch die Fettsäuren, von denen viele lebensnotwendig sind. Viele Kohlenwasserstoffe werden auch als fossile Brennstoffe gefunden.

Carbon ist aus vielen Gründen ein besonderes Element. Die verschiedenen Zustände reichen von einem der weichsten bekannten Materialien (Graphit) bis zu einem der härtesten (Diamant). Carbon verbindet sich leicht mit vielen anderen kleinen Atome, einschließlich anderer Kohlenstoffatome. Etwa 10 Millionen Kohlenstoffverbindungen sind bekannt. Kohlenstoffverbindungen sind die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Das Kohlenstoff-Stickstoff-Kreislauf ist einer der Prozesse, die in der Sonne und andere Sterne liefert Energie.

Kohlenstoff wurde nicht am Anfang des Universums gebildet (im Urknall) aufgrund der Tatsache, dass es drei Kollisionen zwischen Alphateilchen (Heliumkerne) werden benötigt, um Kohlenstoff zu bilden. Dafür kühlte das Universum zu schnell ab. Die Bildung von Kohlenstoff findet daher hauptsächlich in Sternen statt.

Fullerene sind nach dem benannt ArchitektBuckminster Fuller, die ähnliche Strukturen in Architekturentwürfe einführten und aus dem gleichen Grund auch als „Buckyballs“ und „Buckytubes“ bezeichnet werden aus Kohlenstoffatomen, wobei sich die Schichten zu Kugeln, Ellipsen und Zylindern formen Über die Eigenschaften der Fullerene gibt es noch viel zu entdecken.

Aussehen

Wie bereits erwähnt, sind etwa 10 Millionen Kohlenstoffverbindungen bekannt. Kohlenstoff ist in großen Mengen in Sterne (und damit die Sonne), Komm essen und in der Atmosphäre von viel Planeten. Etwas Meteoriten enthalten mikroskopisch kleine Diamanten, die gebildet werden, wenn es Sonnensystem Ein weiterer protoplanetare Scheibe früher gewesen.

Kohlenstoff kommt in verschiedenen Verbindungen in der Erdatmosphäre vor (wie Kohlendioxid), im Wasser (wie Kohlensäure), auf dem Meeresboden (Methanhydrat) und in der Erdkruste (Kohle, Petroleum). In Kombination mit kleineren Mengen Kalzium, Magnesium und Eisen kommt Kohlenstoff auf der Erde auch in großen Mengen vor in Karbonat und Felsen wie Kalkstein, Dolomit, Marmor, etc. Graphit kommt in großen Mengen in den Vereinigte Staaten, Russland, Mexiko, Grönland und Indien.

Natürliche Diamanten werden in uraltem Vulkangestein gefunden, eingeschlossen im Mineral Kimberlit. Die meisten Diamanten werden in abgebaut Afrika, besonders in Südafrika, Namibia, Botswana, das Republik Kongo und Sierra Leone. Darüber hinaus findet man Diamanten in Kanada, der Russe Arktisches Meer, Brasilien und im Norden und WestenAustralien.

Isotope

sehen Kohlenstoffisotope für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Das Element kommt auf der Erde natürlicherweise als zwei stabile Isotope vor: ¹²C und ¹³C. Darüber hinaus gibt es a radioaktivIsotop¹⁴C (Kohlenstoff 14) dass im Atmosphäre kontinuierlich durch Kernreaktionen als Folge der kosmische Strahlung. Kohlenstoff-14-Datierung wird häufig verwendet, um archäologische Funde zu datieren.

Ionen

Genau genommen gibt es keine freien Kohlenstoffionen, sondern mehrere Kohlenstoffionen Oxidationszahlen bekannt.

Toxikologie und Sicherheit

Kohlenstoff wird (begrenzt) als Lebensmittelzusatzstoff verwendet. In dem EU ist das erlaubt unter E-Nummer E153.

Rußemissionen unter anderem durch Verkehr besteht zu einem großen Teil aus Kohlenstoff. Kohlenstoff ist daher ein Bestandteil von Feinstaub.

Neben den unzähligen Kohlenstoffverbindungen, ohne die das Leben auf der Erde nicht möglich wäre, gibt es auch viele giftige Kohlenstoffverbindungen, darunter:

• Kohlenmonoxid (CO), das unter anderem in Abgasen von Verbrennungsmotoren;
• es Zyanid-Ion (CN⁻), das manchmal in Minen vorkommt, aber auch eine wichtige Anwendung bei der Herstellung von Polymere wenn Polyurethan.

Bio Gase wie Ethylen (CH₂=CH₂) und Methan (CH₄) sind explosiv und brennbar, wenn sie mit Luft (Sauerstoff) vermischt werden.

• Fast alle nichtionischen Kohlenstoffverbindungen sind mehr oder weniger brennbar.

Übersicht über Kohlenstoffelementverbindungen

Aufgrund der zentralen Stellung des Kohlenstoffs in der organischen Chemie und der Tatsache, dass er wie Sauerstoff mit einer Vielzahl von Elementen direkte Bindungen eingehen kann, sind die verschiedenen Kohlenstoff-Element-Verbindungen selbst Gegenstand intensiver Studien. Die folgende Tabelle listet die Bezüge zu den verschiedenen Untersuchungsgebieten anhand des Periodensystems auf.

Siehe auch

• Kohlenstoffisotope
• Carbokation
• Hartmetall
• Kohlenstoffzyklus

Externe Links

• Lenntech.nl - Kohlenstoff
• (und) EnvironmentalChemistry.com - Kohlenstoff
• (und) WebElements.com - Kohlenstoff