Koolstof

← → boor koolstof stikstof

Carbon is een chemisch element in het periodiek systeem dat het symbool C en atoomnummer 6. heeft Het is een niet-metalen element, tetravalent. Het koolstofatoom op verbindingen met andere elementen met zichzelf kan in één van de drie bekende vormen van hybridisatie: respectievelijk sp, sp en sp. Met hen heeft het koolstofatoom kan andere respectievelijk 4, 3 en 2 atomen met bindingshoeken van ongeveer 109,5 °, 120 ° en 180 ° coördineren. Ook volgens de symmetrie van de totale moleculaire eigenfuncties paren atomen betrokken zijn bij de binding, zullen zij enkele bindingen, dubbele of drievoudige.

Carbon heeft vele allotropen normen een allotroop exotische:

  • Diamant;
  • grafiet;
  • fullerite;
  • lonsdaleite of zeshoekige diamant, hybridisatie sp³, hardheid 7-8 op de schaal van Mohs;
  • Koolstof Nanofoam, een allotroop zeer lage dichtheid, ferromagnetische;
  • nanorods, koolstof aggregaten of ACNR of ADNR, de hardste stof bekende en minder samendrukbaar, 491 GPa module;
  • amorf koolstof;
  • rechtketenige of "karabijn" of "carbon sp."

Dergelijke hybridisatie en bestaan ​​in verschillende percentages kan leiden tot vele allotropen tussenproduct. Koolstof wordt gevonden in alle vormen van organisch leven en de basis van de organische chemie. Dergelijke oma heeft de interessante eigenschap dat kan binden met zichzelf en met een uitgebreide lijst van elementen. Koninkrijk zuurstof vorm koolstofdioxide die absoluut essentieel voor de groei van planten. Koninkrijk waterstofvorm verschillende verbindingen genaamd koolwaterstoffen die essentieel zijn voor de industrie in de vorm van fossiele brandstoffen. In combinatie met zuurstof en waterstof vormen verschillende groepen verbindingen zoals vetzuren, essentieel voor het leven, en esters, die smaak geven aan vele vruchten. De isotoop koolstof-14 wordt vaak gebruikt voor radioactieve datering.

Historische aantekeningen

De koolstof was al bekend bij de oude volkeren die geproduceerd door het verbranden van organisch materiaal met weinig zuurstof. In het bijzonder werd gebruikt bij de productie van inkten.

In de achttiende eeuw erkent Lavoisier dat koolstof is een eenvoudige stof. Het werd later bepaald haar atoomgewicht door Berzelius.

De vierwaardigheid koolstof werd in 1858 ontslagen door August Kekulé.

Fullereen werd ontdekt als een bijproduct van experimenten met moleculaire bundels in de jaren tachtig.

Functies

Koolstof is een element opmerkelijk om vele redenen. Zijn verschillende vormen onder meer een van de zachtste en één van de moeilijkste stoffen die de mens kent. Ook heeft het een grote affiniteit voor chemische verbindingen met andere lichte atomen, zoals koolstof zelf en zijn kleine omvang maken kunnen vormen meervoudige bindingen. Deze eigenschappen maken het bestaan ​​van 10 miljoen koolstofverbindingen. Koolstofverbindingen vormen de basis van alle leven op aarde en de koolstof-stikstofcyclus biedt een aantal van de energie die geproduceerd wordt door de zon en de andere sterren.

Koolstof werd niet gemaakt op de big bang te wijten aan het feit dat we een drievoudige botsing van alfa-deeltjes te produceren. Het universum aanvankelijk uitgebreid en gekoeld te snel om dat te laten gebeuren. Het is echter geproduceerd in sterren die de kernen van helium zetten in koolstof via triple-alpha proces.

Isotopen

In 1961, de IUPAC IUPAC heeft de isotoop koolstof-12 als basis voor het meten van de atomaire gewicht. Koolstof-14 is een radio-isotoop met een vervaltijd van 5730 jaar en is intensief gebruikt voor hout uit archeologische sites. Koolstof heeft twee stabiele isotopen in de natuur: C en C.

Isotopen buren

De gekleurde vakken overeenkomen met stabiele isotopen.

Allotropen

Vier allotropen koolstof bekend: amorfe koolstof, grafiet, diamant en fullerenen.

In zijn amorfe vorm, koolstof grafiet in hoofdzaak, maar niet houdt de kristallijne macrostructuur. Het is aanwezig als een poeder dat het hoofdbestanddeel van stoffen zoals kolen en roet vormt.

Een normale druk koolstof in de vorm van grafiet, waarbij elke atoom gebonden is aan drie andere in een vlak bestaat uit hexagonale ringen samengesmolten, zoals die van de aromatische koolwaterstoffen. De twee bekende vormen van grafiet, alfa en beta, identieke fysische eigenschappen, met uitzondering van de kristalstructuur. Het grafiet dat wordt gevonden in de natuur bevat tot 30% van de beta-vorm, terwijl synthetisch geproduceerde grafiet bevat de alfa-vorm. De alfa-vorm kan worden omgezet in de beta-vorm door middel van mechanische behandeling en de beta-vorm opnieuw de alfa-vorm wanneer deze boven 1000 ° C wordt verwarmd

Vanwege de delocalisatie van de pi-cloud, grafiet geleidt elektriciteit. Het materiaal is zacht en lakens, vaak gescheiden door andere atomen worden bijeengehouden alleen Van der Waals kracht en glijden gemakkelijk van elkaar.

Bij zeer hoge drukken koolstof vormt een zogenaamde allotrope diamant, waarbij elk atoom gebonden is aan vier andere. De diamanten hebben dezelfde kubische structuur van silicium en germanium en dankzij de sterkte van de chemische binding koolstof-koolstof, samen met de boornitride is de hardste stof in termen van weerstand tegen wrijven. De overgang naar grafiet bij omgevingstemperatuur, zo langzaam om detecteerbaar te zijn. Onder bepaalde voorwaarden, koolstof kristalliseert als lonsdaleite, een vorm vergelijkbaar met diamant, maar hexagonaal.

Fullerenen hebben een structuur vergelijkbaar met grafiet, maar in plaats van het hexagonale configuratie, vijfhoekige formaties koolstofatomen, waarbij de vellen vouwen in bollen, ellipsen of cilinders bevatten. De eigenschappen van fullerenen zijn nog niet volledig is geanalyseerd. Hun naam is gewijd aan Buckminster Fuller, de uitvinder van de geodetische koepel, waarvan de geometrie lijkt op die van fullerenen.

Beschikbaarheid

Er zijn ongeveer 10 miljoen koolstofverbindingen bekend en vele duizenden die essentieel zijn voor vitale processen en belangrijke reacties in organische base. De koolstof wordt gevonden in overvloed in de zon, de sterren, kometen en de sfeer van de meeste planeten. Sommige meteorieten bevatten microscopisch kleine diamanten die werden gevormd toen het zonnestelsel nog een protoplanetaire schijf. In combinatie met andere elementen, is koolstof gevonden in de atmosfeer van de Aarde en opgelost in alle waterlichamen. Daarnaast kleine hoeveelheden calcium, magnesium en ijzer, het is één van de belangrijkste componenten carbonaat, rotsen, kalksteen, marmer, etc. In combinatie met waterstof zoals olie, kolen, aardgas en andere koolwaterstofverbindingen collectief.

Grafiet wordt gevonden in grote hoeveelheden in de Verenigde Staten, Rusland, Mexico, Groenland en India.

Natuurlijke diamanten worden gevonden in kimberliet mineralen die zijn binnen de oude vulkanische schoorstenen. De meeste diamant deposito's zijn in Afrika, vooral in Zuid-Afrika, Namibië, Botswana, de Republiek Congo en Sierra Leone. Andere deposito's zijn in Canada, de Russische Arctische en Australië.

Koolstofcyclus

De koolstofcyclus is het continue proces van het combineren en het vrijgeven van koolstof en zuurstof van de levende wezens die winkels en geeft warmte en energie. + Katabolisme anabolisme = metabolisme De koolstofcyclus vindt vooral plaats binnen vier reserves. De eerste bestaat uit de biosfeer, de tweede dall'idrosfera, de derde van de lithosfeer, de vierde uit de atmosfeer.

Koolstofverbindingen

Anorganische verbindingen

De primaire oxide van koolstof kooldioxide CO2. Het is een klein onderdeel van de atmosfeer van de aarde, geproduceerd en gebruikt door levende wezens. In het water volgt de vorm van koolzuur, H2CO3, maar veel stoffen meer zuurstofatomen gebonden aan een koolstofatoom, is instabiel. Enkele belangrijke mineralen zijn carbonaten, in het bijzonder calciet en koolstofdisulfide CS2.

Andere oxiden zijn koolmonoxide, CO, en de minst voorkomende koolstof suboxide, C3O2. Het koolmonoxide wordt gevormd door onvolledige verbranding en is kleurloos en reukloos. Elk molecuul een dubbele binding en is vrij gepolariseerd, neigt vast te binden aan hemoglobine moleculen, waardoor deze giftig gas. Cyanide, CN, heeft een structuur en gedrag vergelijkbaar met een halogenide.

Met harde metalen koolstof vormen carbiden, C, of ​​geacetyleerd, C2; deze zijn geassocieerd met methaan en acetyleen of ethyn, beiden zeer zwakke zuren. Met un'elettronegatività van 2,5 heeft het koolstofatoom neiging om covalente bindingen te vormen. Sommige carbiden covalent kristallijne vaste stoffen zoals SiC, bekend onder de naam van carborundum. Het siliciumcarbide heeft een structuur vergelijkbaar met die van diamant, waarin de atomen van C en Si worden tetraëdrisch omgeven door vier atomen van een ander type. Onder de naam carborundum, wordt het gebruikt als snijwerktuig of als schuurmiddel.

Organische verbindingen

Per definitie worden ze genoemd "organische" samenstellingen gebaseerd op koolstof, waarbij dit heeft een oxidatiegetal van minder dan 4.

Een bijzonderheid van de kool is het vermogen om ketens van atomen van verschillende lengte, ook cyclische vormen. Deze ketens vormen de basis van koolwaterstoffen en organische verbindingen. Bij koolwaterstoffen, wordt de toename van het aantal atomen waaruit de ketens doorgegeven van vluchtige oliën, zware oliën, de paraffinewassen.

Toepassingen

Carbon is een essentieel onderdeel van alle bekende levende systemen, en zonder dat het leven zoals wij dat kennen niet zou bestaan. De belangrijkste commercieel gebruik van koolstof in de vorm van koolwaterstoffen, vooral fossiele brandstoffen, aardgas en aardolie. De olie wordt door de petrochemische industrie te produceren oa benzine, dieselbrandstof en kerosine in raffinaderijen, door een destillatieproces. De olie geeft het basismateriaal voor vele synthetische stoffen die collectief genaamd kunststoffen.

Andere toepassingen:

  • De isotoop C ontdekt 27 februari 1940 wordt in koolstofdatering en als een tracer radio-isotoop.
  • Grafiet wordt gebruikt in de tekening potloden.
  • Diamanten worden gebruikt voor decoratieve doeleinden, en ook als boren en andere toepassingen die gebruik maken van hun taaiheid.
  • De koolstof wordt toegevoegd in lage percentages met ijzer te produceren staal. Altijd gebonden aan het ijzer, maar in percentages hoger dan 2%, wordt het gietijzer verkregen dat uitstekende gietbaarheid heeft en slijtvastheid.
  • Koolstof wordt gebruikt in de regelstaven van kerncentrales zoals boorcarbide en als moderator te vertragen de snelle neutronen om energieën van de orde van honderdsten van elektronvolt.
  • In de vorm van steenkool wordt gebruikt voor verwarming en andere doeleinden.
  • Het wordt ook gebruikt als grondstof of als versterkingsvezels, verbonden kevlar, bij de vervaardiging van gazon hockey sticks, en in coatings, intern of extern, van sportwagens of die rennen, zowel voor de resistentie tegen dat zijn lichtheid.

De chemische en structurele eigenschappen van fullerenen, in de vorm van koolstof nanobuisjes, een veelbelovend potentieel gebruik bij de opkomende gebied van nanotechnologie.

Voorzorgsmaatregelen

Koolstof is in geringe mate giftig, als deeltjesgrootte ongeveer in het millimeter, opneembare vorm van grafiet of koolstof. Het is bestand tegen chemische ontbinding zelfs in het spijsverteringskanaal zuur en gebruikt om specifieke toxische verbindingen adsorberen.

Inademing van kolengruis of roet in grote hoeveelheden kan gevaarlijk zijn, irriteert longweefsel en de oorzaak anthracosis. Ook de diamantpoeder gebruikt als schuurmiddel. Microdeeltjes van koolstof worden in de uitlaatgassen van verbrandingsmotoren en zich ophopen in de longen. De schadelijke effecten kunnen voortvloeien uit de verontreiniging van de koolstofdeeltjes, sterk adsorberen, met organische chemicaliën of zware metalen, in plaats van dezelfde koolstof.

Zij onderzoeken mogelijke schadelijke effecten vergelijkbaar met die van andere minerale vezels, verkregen uit koolstofvezels, eventueel inademen of inslikken. Soortgelijke studies zijn gedaan over de nanometrische structuren zoals fullerenen en koolstofnanobuizen.

Koolstof kan ook krachtig te branden in de lucht bij hoge temperaturen, zoals in het vuur van Windscale kerncentrale in Sellafield, die werd veroorzaakt door het plotseling vrijkomen van energie in de grafiet als moderator en vervolgens onderworpen aan neutronenbombardement.
Grote ophopingen van steenkool, die honderden miljoenen jaren in afwezigheid van zuurstof inert zijn gebleven, kunnen spontaan branden bij blootstelling aan lucht.

Verbindingen

Koolstofverbindingen die een breed scala aan toxische werking, en wordt de basis van biologische verbindingen, voordelig. Koolmonoxide, CO, aanwezig in de uitlaatgassen van verbrandingsmotoren en cyanide, CN, die soms vervuilt de mijnen, ze zijn zeer toxisch voor vertebraten. Vele andere verbindingen niet toxisch, maar ze in feite absoluut essentieel voor het leven. Organische gassen zoals ethyleen, acetyleen, en methaan, en vele andere moleculen, zijn brandbaar en explosief bij vermenging met lucht in bepaalde proporties.

Literaire citaten

  • Koolstof is gewijd een van de verhalen van "The Periodic Table" door Primo Levi.
(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha