Chemische Formel

C

Behandelte Themen

Hintergrund
Grundlegende Informationen zu Kohlenstoff
Vorkommen von Kohlenstoff
Kohlenstoff und Nanotechnologie
Isotope
Herstellung von Kohlenstoff
Gesundheitliche Aspekte von Kohlenstoff
Schlüsseleigenschaften von Kohlenstoff
Anwendungen von Kohlenstoff

Hintergrund

Seit prähistorischen Tagen sind sich die Menschen des Vorhandenseins von Kohlenstoff bewusst. Als die Höhlenmenschen ein Feuer machten, sahen sie Rauchbildung. Die schwarze Rauchfarbe ist indicatives von Kohlenstoffpartikeln aus unverbrannten Materialien.

Später wurde Öl als Brennstoff für Lampen verwendet. Das Verbrennen von Öl führte zur Freisetzung von Kohlenstoff, der eine rußige Abdeckung des Lampeninnenraums bildete. Diese rußige Abdeckung wurde als Lampenruß bekannt. Lampenschwarz wurde mit Balsamgummi oder Olivenöl gemischt, um Tinte herzustellen.

Holzkohle ist die häufigste Form von Kohlenstoff. Holz, wenn es in Abwesenheit von Luft, insbesondere Sauerstoff, erhitzt wird, führt zur Bildung von Holzkohle. Der französische Physiker René Antoine Ferchault Reaumur erkannte, dass Kohlenstoff ein Element sein kann, und veröffentlichte 1722 Arbeiten zu diesem Zweck. Die offizielle Klassifizierung von Kohlenstoff erfolgte Ende des 18. Es wurde ursprünglich Carbone genannt, basierend auf dem vorherigen lateinischen Begriff für Holzkohle, Charbon.

Es gibt fast zehn Millionen Kohlenstoffverbindungen und ‚organische Chemie‘ ist ein Zweig der Chemie, der sich mit der Untersuchung dieser Kohlenstoffverbindungen befasst. Im Folgenden sind einige gängige Kohlenstoffverbindungen aufgeführt:

• 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. Kohlenstoff ist das zweithäufigste Element im menschlichen Körper, das vierthäufigste Element im Sonnensystem, das sechsthäufigste Element im Universum und das 17. häufigste Element in der Erdkruste. Kohlenstoff kommt in Mineralien wie Magnesium (MgCO3) und Calciumcarbonat (CaCO3) vor und kommt selten als Graphit und Diamant vor. Kohlenstoff kommt auch in Form von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre vor. Obwohl Kohlendioxid nur einen kleinen Teil der Atmosphäre ausmacht, ist es ein sehr wichtiges Gas, da es für die Photosynthese verwendet wird. Einige Kohlesorten sind fast reiner Kohlenstoff. Erdgas, Kohle und Öl enthalten Kohlenstoff. Erdgas und Öl sind alle Kohlenwasserstoffe, die Verbindungen aus Wasserstoff und Kohlenstoff sind.

Kohlenstoff und Nanotechnologie

Während Allotrope von Kohlenstoff wie Graphit und Diamant seit Jahrhunderten bekannt sind, wurden in jüngerer Zeit andere Allotrope wie Kohlenstoffnanoröhren, Graphen und Buckminsterfulleren entdeckt. Diese haben bedeutende Rollen in der Entwicklung des Feldes der Nanotechnologie gespielt.

Grundsätzlich können sie wie folgt beschrieben werden:

• Graphen – Eine einzelne Schicht Kohlenstoffatome, die in einem sechseckigen Muster angeordnet ist, so dass alle Kohlenstoffatome an 3 andere Kohlenstoffatome gebunden sind
• Kohlenstoffnanoröhren – Eine Röhre aus einer Graphenfolie (einwandige Kohlenstoffnanoröhren). Variationen umfassen Rohre, die an einem oder beiden Enden geschlossen sind, und Rohre, die durch Walzen von Graphenblättern hergestellt werden, so dass sie mehrere Schichten dick sind (mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren). Buckminsterfullerene – Manchmal Buckyballs genannt, bestehen sie normalerweise aus 60 Kohlenstoffatomen, die miteinander verbunden sind, um eine kugelförmige Struktur mit 20 sechseckigen Flächen und 12 fünfeckigen Flächen zu bilden.

Isotope

Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 sind die drei Isotope von Kohlenstoff, die natürlich vorkommen.

Kohlenstoff-14 ist radioaktiv und wird verwendet, um die Dicke von Objekten, z. B. Stahlblechen, zu messen. Es wird auch in der „Kohlenstoffdatierung“ archäologischer Proben verwendet, bei denen Wissenschaftler die Halbwertszeit des Kohlenstoffs-14 verwenden, um das Alter der Proben zu bestimmen.

Herstellung von Kohlenstoff

Graphit, Diamant und andere Kohlenstoffformen werden direkt aus Minen gewonnen. Synthetische Diamanten können hergestellt werden, wenn reiner Kohlenstoff extrem hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist. Heute werden etwa 1/3 aller Diamanten synthetisch hergestellt.

Gesundheitliche Aspekte von Kohlenstoff

Kohlenstoff ist absolut lebensnotwendig und fast jedes Molekül in einem lebenden Organismus enthält Kohlenstoff. Kohlenstoff hat auch einige negative Auswirkungen auf lebende Organismen. Schwarze Lunge, zum Beispiel ist eine Krankheit, die in Bergleuten entwickelt. Die Lunge des Bergmanns entwickelt eine schwarze Farbe, die verursacht wird, wenn Kohlenstaub vom Bergmann eingeatmet wird. Dieser Kohlenstaub blockiert die kleinen Löcher, durch die Sauerstoff in die Lunge gelangt, was zu Atembeschwerden führt, die im schlimmsten Fall zum Tod führen können.

Schlüsseleigenschaften von Kohlenstoff

• Kohlenstoff verbrennt in der Luft unter Bildung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.
• Kohlenstoff reagiert mit Sauerstoff, reagiert aber nicht oder löst sich nicht in Säuren, Wasser und anderen solchen Materialien. Kohlenstoff hat die Fähigkeit, lange Ketten zu entwickeln, die praktisch endlos sind. Zum Beispiel haben Kunststoffmoleküle eine lange Kette von Kohlenstoffatomen, die miteinander verbunden sind, und einige von ihnen haben auch Seitenketten.
• Kohlenstoff ist in vielen allotropen Formen vorhanden. Graphit und Diamant sind Allotrope, die kristalline Strukturen besitzen. Allotrope ohne kristalline Strukturen sind entweder formlos oder amorph.
• Koks, Kohle, Kohlenstoffallotrope und Ruß sind nichtkristalline Allotrope.

Anwendungen von Kohlenstoff

Graphit und Diamanten sind zwei wichtige Allotrope von Kohlenstoff, die breite Anwendungen haben.

Diamanten sind teuer und attraktiv und werden daher in High-End-Schmuck verwendet. Industriediamanten werden wegen ihrer extremen Härte zum Schneiden, Polieren und Schleifen von Glas verwendet.

Graphit verwendet in:

• Kernkraftwerken zur Verlangsamung der Neutronen in einer Kernreaktion
• Graphit wird in Bleistiften verwendet
• Graphit wird als Schmiermittel für Maschinen und mechanische Teile verwendet
• Feuerfestmaterialien aus Graphit werden verwendet, wenn nicht benetzende Ofenauskleidungen erforderlich sind und Oxidation kein Problem darstellt, z. in der Aluminiumproduktion und in Vakuumöfen findet

Amorpher Kohlenstoff auch eine Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel in:

• Gummireifen
• Tinten
• Pigmente
• Schallplatten
• Ofenpolitur
• Schreibmaschinenbänder.