Chemische Formule

C

Onderwerpen

Achtergrond
basisgegevens van Koolstof
het Optreden van Koolstof
Koolstof-en Nanotechnologie
Isotopen
de Productie van Koolstof
Health Aspecten van Koolstof
Belangrijke Eigenschappen van Koolstof
Toepassingen van Koolstof

Achtergrond

Sinds prehistorische dagen, mensen op de hoogte zijn geweest van de aanwezigheid van koolstof. Toen de mensen van de grot vuur maakten, zagen ze de vorming van rook. De zwarte rook kleur is indicatieven van koolstofdeeltjes uit onverbrande materialen.

later werd olie gebruikt als brandstof voor lampen. Het verbranden van olie resulteerde in het vrijkomen van koolstof, die een roetachtige bekleding op de lamp interieur gevormd. Deze roetachtige bekleding werd bekend als lampzwart. Lampblack werd gemengd met balsemgom of olijfolie om inkt te maken.

houtskool is de meest voorkomende vorm van koolstof. Hout bij verhitting zonder lucht, met name zuurstof, leidt tot de vorming van houtskool. De Franse natuurkundige René Antoine Ferchault Reaumur realiseerde zich dat koolstof een element kan zijn en publiceerde dit werk in 1722. De officiële classificatie van koolstof vond plaats aan het einde van de 18e eeuw. Het werd aanvankelijk Carbone genoemd op basis van de vorige Latijnse term voor houtskool, charbon.

Er zijn bijna tien miljoen koolstofverbindingen en “organische chemie” is een tak van de chemie die zich bezighoudt met de studie van deze koolstofverbindingen. De volgende zijn enkele gemeenschappelijke koolstofverbindingen:

• Acetic acid (CH3COOH)
• Ethyl alcohol (C2H5OH)
• Acetylene (C2H2)
• Benzene (C6H6)
• Methane (CH4)
• Ethylene (C2H4)
• Carbon tetrachloride (CCl4)
• Chloroform (CHCl3)
• Carbon dioxide (CO2)
• Carbon monoxide (CO)
• Carbon disulfide (CS2)

Basic Information of Carbon

Table 1. Basic Properties of Carbon

Occurrence of Carbon

Almost 18% of an individual’s body weight is due to carbon. Koolstof is het tweede meest voorkomende element in het menselijk lichaam, het vierde meest voorkomende element in het zonnestelsel, het zesde meest voorkomende element in het universum en het 17e meest voorkomende element in de aardkorst. Koolstof komt voor in mineralen zoals magnesium (MgCO3) en calciumcarbonaat (CaCO3) en komt zelden voor als grafiet en diamant. Koolstof komt ook voor in de vorm van kooldioxide (CO2) aanwezig in de atmosfeer. Hoewel kooldioxide slechts een klein deel van de atmosfeer uitmaakt, is het een zeer cruciaal gas omdat het wordt gebruikt voor fotosynthese. Een paar soorten steenkool zijn bijna pure koolstof. Aardgas, kolen en olie bevatten koolstof. Aardgas en olie zijn allemaal koolwaterstoffen die verbindingen zijn gemaakt van waterstof en koolstof.

koolstof en nanotechnologie

terwijl allotropen van koolstof zoals grafiet en diamant al eeuwenlang bekend zijn, zijn andere allotropen zoals koolstofnanobuizen, grafeen en buckminsterfullereen recenter ontdekt. Deze hebben een belangrijke rol gespeeld in de ontwikkeling van nanotechnologie.

In basis termen kunnen ze worden omschreven als:

• grafeen-een enkel vel koolstofatomen gerangschikt in een zeshoekpatroon, zodanig dat alle koolstofatomen gebonden zijn aan 3 andere koolstofatomen
• koolstofnanobuizen– een buis gemaakt van een grafeenblad (enkelwandige koolstofnanobuizen). De variaties omvatten buizen die aan één of beide einden worden gesloten, en buizen die door grafeenbladen zodanig te rollen worden gemaakt dat zij verscheidene lagen dik zijn (multi-ommuurde koolstofnanobuizen).
• Buckminsterfullereen-ook wel buckyballs genoemd-bestaat gewoonlijk uit 60 koolstofatomen die aan elkaar zijn gebonden om een bolvormige structuur te vormen met 20 zeshoekige en 12 vijfhoekige zijden.

isotopen

koolstof-12, koolstof-13 en koolstof-14 zijn de drie isotopen van koolstof die van nature voorkomen.

koolstof-14 is radioactief en wordt gebruikt om de dikte van objecten te meten, bijvoorbeeld staalplaten. Het wordt ook gebruikt in “koolstofdatering” van archeologische steekproeven waar wetenschappers de halveringstijd van koolstof-14 gebruiken om de leeftijd van steekproeven te bepalen.

de productie van koolstof

grafiet, diamant en andere koolstofvormen wordt rechtstreeks verkregen uit mijnen. Synthetische diamanten kunnen worden geproduceerd wanneer zuivere koolstof wordt blootgesteld aan extreem hoge temperaturen en druk. Tegenwoordig wordt ongeveer 1/3 van alle diamanten synthetisch geproduceerd.

gezondheidsaspecten van koolstof

koolstof is absoluut essentieel voor het leven en bijna elk molecuul in een levend organisme bevat koolstof. Koolstof heeft ook enkele negatieve effecten op levende organismen. Zwarte Long is bijvoorbeeld een ziekte die bij mijnwerkers is ontstaan. De long van de mijnwerker ontwikkelt een zwarte kleur die wordt veroorzaakt wanneer kolenstof wordt ingeademd door de mijnwerker. Dit kolenstof blokkeert de kleine gaatjes waardoor zuurstof in de longen terechtkomt, waardoor ademhalingsmoeilijkheden ontstaan, die in het ergste geval tot de dood kunnen leiden.

belangrijkste eigenschappen van koolstof

• koolstof verbrandt in de lucht om koolmonoxide en kooldioxide te vormen.
• koolstof reageert met zuurstof, maar reageert niet en lost niet op in zuren, water en andere dergelijke materialen.
• koolstof heeft het vermogen om lange ketens te ontwikkelen, die vrijwel eindeloos zijn. Plastic moleculen hebben bijvoorbeeld een lange keten van koolstofatomen die met elkaar verbonden zijn en sommige daarvan hebben ook zijketens.
• koolstof is aanwezig in vele allotrope vormen. Grafiet en diamant zijn allotropen die kristallijne structuren bezitten. Allotropen zonder kristallijne structuren zijn ofwel zonder vorm of amorf.
• cokes, houtskool, koolstofalotropen en lampblack zijn niet-kristallijne allotropen.

toepassingen van koolstof

grafiet en diamanten zijn twee belangrijke allotropen van koolstof met brede toepassingen.

Diamanten zijn duur en aantrekkelijk en worden daarom gebruikt in hoogwaardige juwelen. Industriële diamanten worden gebruikt voor het slijpen, polijsten en slijpen van glas vanwege hun extreme hardheid.

grafiet gebruikt in:

• kerncentrales om de neutronen in een kernreactie te helpen vertragen
• grafiet gebruikt in loodpotloden
• grafiet wordt gebruikt als smeermiddel voor machines en mechanische onderdelen
• grafiet vuurvaste materialen worden gebruikt wanneer niet-bevochtigende ovenbekleding vereist is en oxidatie geen probleem is, bijv. in de aluminiumproductie en in vacuümovens vindt amorfe koolstof ook een verscheidenheid aan toepassingen, zoals in:
  • rubberbanden
  • inkten
  • pigmenten
  • Fonograph records
  • brander polish
  • Schrijfmachinelinten.