kemisk formel

C

emner dækket

baggrund
grundlæggende oplysninger om kulstof
forekomst af kulstof
kulstof og nanoteknologi
isotoper
produktion af kulstof
sundhedsaspekter af kulstof
Kulstofens nøgleegenskaber
anvendelser af kulstof

baggrund

siden forhistoriske dage har mennesker været opmærksomme på tilstedeværelsen af kulstof. Da hulefolkene lavede ild, så de dannelsen af røg. Den sorte røgfarve er indikativer for carbonpartikler fra uforbrændte materialer.

senere blev olie brugt som brændstof til lamper. Brændingen af olie resulterede i frigivelse af kulstof, som dannede en sodet belægning på lampens indre. Denne sodede belægning blev kendt som lampesort. Lampblack blev blandet med balsamgummi eller olivenolie for at fremstille blæk.

trækul er den mest almindelige form for kulstof. Træ, når det opvarmes i fravær af luft, især ilt, resulterer i dannelse af trækul. Den franske fysiker ren Krist Antoine Ferchault Reaumur indså, at kulstof kan være et element og offentliggjorde arbejde herom i 1722. Den officielle klassificering af kulstof skete i slutningen af det 18.århundrede. Det blev oprindeligt navngivet Carbone baseret på det tidligere latinske udtryk for trækul, charbon.

der er næsten ti millioner carbonforbindelser, og ‘organisk kemi’ er en gren af kemi, der beskæftiger sig med undersøgelsen af disse carbonforbindelser. Følgende er nogle almindelige carbonforbindelser:

• 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. Kulstof er det næstmest almindelige element i den menneskelige krop, det fjerde mest almindelige element i solsystemet, det sjette mest almindelige element i universet og det 17.mest almindelige element i jordskorpen. Kulstof forekommer i mineraler som magnesium (MgCO3) og calciumcarbonat (CaCO3) og forekommer sjældent som grafit og diamant. Kulstof forekommer også i form af kulsyre (CO2) til stede i atmosfæren. Selvom kulsyre kun udgør en lille del af atmosfæren, er det en meget afgørende gas, da den bruges til fotosyntese. Et par sorter af kul er næsten rent kulstof. Naturgas, kul og olie har kulstof i dem. Naturgas og olie er alle kulbrinter, der er forbindelser fremstillet af hydrogen og kulstof.

kulstof og nanoteknologi

mens allotroper af kulstof såsom grafit og diamant har været kendt i århundreder andre allotroper såsom carbon nanorør, grafen og Buckminsterfulleren er blevet opdaget for nylig. Disse har spillet betydelige roller i udviklingen af nanoteknologiområdet.

i grundlæggende termer kan de beskrives som:

• grafen – et enkelt ark carbonatomer arrangeret i et sekskantmønster, således at alle carbonatomer er bundet til 3 andre carbonatomer
• Carbon nanorør– et rør fremstillet af et grafenark (enkeltvæggede carbon nanorør). Variationer inkluderer rør lukket i den ene eller begge ender og rør fremstillet af rullende grafenark, således at de er flere lag tykke (flervæggede carbon nanorør).
• Buckminsterfullerene-nogle gange kaldet buckyballs, de består normalt af 60 carbonatomer bundet sammen for at danne en sfærisk struktur med 20 sekskantede flader og 12 femkantede flader.

isotoper

Carbon-12, carbon-13 og carbon-14 er de tre isotoper af kulstof, der forekommer naturligt.

Carbon-14 er radioaktivt og bruges til at måle tykkelsen af genstande, f.eks. stålplader. Det bruges også i” kulstof dating ” af arkæologiske prøver, hvor forskere bruger halveringstiden for kulstof-14 at bestemme alderen på prøver.

produktion af kulstof

grafit, diamant og andre kulstofformer opnås direkte fra miner. Syntetiske diamanter kan produceres, når rent kulstof udsættes for ekstremt høje temperaturer og tryk. I dag produceres omkring 1/3 af alle diamanter syntetisk.

sundhedsaspekter af kulstof

kulstof er absolut nødvendigt for livet, og næsten hvert molekyle i en levende organisme indeholder kulstof. Kulstof har også et par dårlige virkninger på levende organismer. Sort lunge, for eksempel er en sygdom udviklet i kulminearbejdere. Minearbejderens lunge udvikler en sort farve, der er forårsaget, når kulstøv indåndes af minearbejderen. Dette kulstøv blokerer de små huller, gennem hvilke ilt kommer ind i lungerne, hvilket resulterer i åndedrætsbesvær, der i værste fald kan resultere i død.

nøgleegenskaber for kulstof

• Kulstofforbrændinger i luft for at danne kulilte og kulilte.
• kulstof reagerer med ilt, men reagerer eller opløses ikke i syrer, vand og andre sådanne materialer.
• Carbon har evnen til at udvikle lange kæder, som er næsten uendelige. For eksempel har plastmolekyler en lang kæde af carbonatomer forbundet med hinanden, og nogle af dem har også sidekæder.
• Carbon er til stede i mange allotrope former. Grafit og diamant er allotroper, der har krystallinske strukturer. Allotroper uden krystallinske strukturer er enten uden form eller amorf.
• koks, trækul, carbon allotroper og lampblack er ikke-krystallinske allotroper.

anvendelser af kulstof

grafit og diamanter er to vigtige allotroper af kulstof, der har brede anvendelser.

diamanter er dyre og attraktive og bruges derfor i high end smykker. Industrielle diamanter bruges til at skære, polere og male glas på grund af deres ekstreme hårdhed.

grafit anvendt i:

• atomkraftværker til at hjælpe med at bremse neutronerne i en nuklear reaktion
• grafit anvendt i blyblyanter
• grafit anvendes som smøremiddel til maskiner og mekaniske dele
• grafit ildfaste materialer anvendes, når der kræves ikke-befugtende ovnforinger, og iltning er ikke et problem f. eks. i aluminiumproduktion og i vakuumovne

amorft kulstof finder også en række anvendelser, såsom i:

• gummidæk
• blæk
• pigmenter
• Fonografoptegnelser
• komfur polsk
• skrivemaskine bånd.