Carbon

1 skal 2
2 skal 4
3 skal  
4 skal  
5 skal  
6 skal  
7 skal  
Navn på Engelsk
Carbon
Navn på Tysk
Kohlenstoff
Navn på Fransk
Carbone
Navn
Kulstof, Carbon
Symbol
C
Atomnummer
6
Atommasse
12,01
Smeltepunkt
ca. 3800°C, diamant
Kogepunkt
4827°C, diamant
Massefylde
3,51 g/cm3, diamant
Elektronnegativitet
2,5
Oxidationstrin
-4, +2, +4
Isotopmasseområde
8 - 22
Klassifikation
ikke-Metal
 

Opdagelse
Carbon, som på dansk er bedre kendt under navnet kulstof, er et af de to oldtidsgrundstoffer, som ikke er metaller; det andet er svovl. Mennesket har kendt til carbon lige så langt tilbage, som det har behersket ilden, idet en sodende flamme netop soder på grund af tilstedeværelsen af ufuldstændig forbrændt carbon i flammen. Fremstillingen af trækul ved opvarmning af træ uden luftens adgang har været kendt i årtusinder. I Bibelen omtales carbon flere steder, f.eks. tales der et sted om 'at sanke gloende kul på sin fjendes hoved'. Selve erkendelsen af carbon som et grundstof går formentlig tilbage til 1700-tallet, idet man dog ikke med sikkerhed kan pege på en enkelt opdager. Det vides imidlertid, at den franske kemiker A. L. Lavoisier betragtede carbon som et grundstof, der fandtes i trækul, grafit og diamant.

Navn
Navnet 'carbon'kommer af det latinske 'carboneum', som er afledt af glosen 'carbo', der betyder trækul. For at understrege at carbon ikke er det samme som kul, har man på nogle sprog tilføjet - stof efter ordet for kul. Eks. kulstof, Kohlenstoff (tysk) og uglerod (russisk).

Egenskaber
I Det Periodiske System tilhører carbon 4.hovedgruppe. To kendte former for carbon er diamant og grafit. Begge er krystallinske stoffer. Grafit er sort og blødt og en rimelig god leder for el og varme, medens diamant er glasklar og det hårdeste naturligt forekommende materiale, man kender. At det samme grundstof kan findes i flere forskellige former (allotrope former) kaldes ‘allotropi’; kun et fåtal af grundstofferne udviser allotropi. Forskellen i egenskaber mellem allotrope former er feks. den forskellige placering af atomerne i krystalstrukturen. I grafit danner carbonatomerne et såkaldt 'laggitter', hvor hvert atom i det enkelte lag er bundet til tre andre, hvorved der dannes et plant net af regulære sekskanter. Da afstanden mellem to nabocarbonatomer i to forskellige lag er større end afstanden mellem nabocarbonatomer i samme lag, er tiltrækningen mellem atomerne i de forskellige lag ikke større, end at lagene let kan forskydes i forhold til hinanden. Dette kendes fra blyanter, hvor stiften består af grafit blandet med ler. Ved at variere lerindholdet kan man få 'hårde' og 'bløde' blyanter. Navnet 'grafit' kommer af det græske ord 'graphein', som betyder 'skrive'. I diamantstrukturen er afstandene mellem carbonatomerne lige store, og atomerne danner tilsammen et tredimensionalt rumgitter. Rent carbon opløses ikke i almindelige opløsningsmidler som vand, benzin, alkohol og fortyndede syrer og baser. Ved opvarmning og rigelig tilgang af luft brænder carbon til carbondioxid, CO2, medens det med underskud af luft brænder ufuldstændigt til carbonmonoxid, CO:

C + O
2 —> CO2 og 2C + O2 —> 2CO

Både carbondioxid og carbonmonoxid er gasser ved stuetemperatur. Carbon danner flere kemiske forbindelser end noget andet grundstof med undtagelse af hydrogen. Diamanter reagerer kun vanskeligt med andre stoffer, men de brænder dog i luft ved høj temperatur. Grafit er på grund af sit laggitter kemisk set mere reaktionsvilligt, men carbon er i det hele taget et ikke særligt reaktivt grundstof.

Forekomst
I naturen findes carbon i flere former, hvoraf grafit og diamant er tydeligt krystallinske. Jordolie og naturgas indeholder carbonforbindelser, og det som i daglig tale kaldes kul, består af carbonholdige, komplicerede organiske forbindelser. Kul og jordolie er opstået ved omdannelse af organisk materiale fra forhistorisk vegetation. I kulformer som brunkul og tørv er carbonindholdet forholdsvist ringe, medens det er højt i f.eks. anthracit. Urent grafit indgår i mange stoffer som f.eks. sod. I de senere år har man fremstillet nogle nye allotrope former af carbon, som kaldes 'fullerener'. Blandt disse er C-60 et kuglerundt molekyle, som består af 60 carbonatomer.

Udvinding
Det meste grafit fremstilles kunstigt ved spaltning af carbonholdigt materiale ved relativt lave temperaturer (ca. 400°C.). Cirka 90 % af alle diamanter udvindes i gruber i Sydafrika og Botswana. De i 1994 fundne forekomster af diamant i Finland har vakt stor international opmærksomhed.

Anvendelse
Grafit bruges f.eks. som smøremiddel, i blyanter, som elektrodemateriale og som ildfast materiale. Rene, d.v.s. glasklare og helt farveløse diamanter er i høj kurs som smykkesten, medens resten (ca. 90 %) kaldes industridiamanter og bruges sammen med kunstigt fremstillede diamanter til boring, skæring, slibning og polering. Den radioaktive carbonisotop 146C anvendes i dateringen af gammelt organisk materiale, idet den optages af alle levende organismer på linie med optagelsen af ikke-radioaktivt, naturligt forekommende carbon. Den omtalte isotops halveringstid er 5730 år. Carbon er jernets vigtigste legeringskomponent, og almindeligt blødt stål indeholder således fra 0,1 til 0,5 % carbon. Ved højere indhold (ca. 4 %) fås almindeligt gråt støbejern, der er karakteriseret ved, at tilstedeværende carbon findes frit i jernet, hvorimod det i det bløde stål findes som jerncarbid, Fe3C.

Miljø og Helse
I naturen indtager grundstoffet carbon en central rolle, idet det indgår i alt levende. Blandt de giftige carbonholdige forbindelser skal blot carbonmonoxid, CO og hydrogencyanid, HCN nævnes. Carbonmonoxid har en større evne til at binde sig til blodets hæmoglobin end oxygen. Af denne grund dør man hurtigt eller pådrager sig svære hjerneskader ved indånding af stærkt forurenet CO-holdig luft. Hydrogencyanid ('blåsyre'), HCN og normale salte af denne syre er uhyre giftige. Såvel syren som dens salte lugter marcipanagtigt. Cyanidforgiftninger, som ofte hurtigt fører til døden, behandles med stoffer som amylnitrit, natriumnitrit og natriumthiosulfat. Det var HCN, nazisterne brugte i deres udryddelseslejre under 2. verdenskrig, og som amerikanerne stadig anvender til aflivning af dødsdømte.