Carbon: The element

Karbon er et grunnstoff med symbol C og atomnummer 6. Det er et medlem av gruppe 14 i det periodiske system. Det er et ikke-metall og har fire elektroner tilgjengelig for å danne kovalente kjemiske bindinger. Det er tre naturlige isotoper, 12C og 13C er stabile, og 14C som har en radioaktiv halveringstid på ca 5730 år. Det er flere allotropes karbon hvorav de mest kjente er grafitt, diamant, og amorft karbon. De fysiske egenskapene til karbon varierer sterkt med den allotropiske form. For eksempel, er diamant meget transparent, mens grafitt er ugjennomsiktig og svart. Diamond er den hardeste naturlig forekommende materiale, mens grafitt er myk nok til å trekke en linje på papir.

I stedet for grunnstoffet karbon i den periodiske tabellen


Diamond har en stor elektrisk motstand, mens grafitt er en veldig god elektrisk leder. Under normale omstendigheter, diamant, karbon og graphene, den høyeste varmeledningsevne av alle materialer. Av alle karbon allotropes grafitt er den mest stabile form. Stoffet er kjemikaliebestandig og varmebestandige. Carbon danner et stort antall forbindelser, mer enn noe annet element. Den mest vanlige oksidasjonstilstand av karbon i de uorganiske forbindelser er 4; tilstand 2 er funnet i karbonmonoksid og karbonyl-komplekser. Kildene for uorganiske karbonforbindelser er kalk, dolomitt og karbondioksid, men de største mengdene forekommer i organiske forekomster av kull, torv, olje og metan-hydrater. Karbon er det 15 mest grunnstoffet i jordskorpen, og den fjerde mest grunnstoffet i universet etter hydrogen, helium og oksygen. I menneskekroppen karbon er det andre mest tallrike elementet etter oksygen, er det den kjemiske grunnlaget for alle livsformer.

Generelle karakteristikker av grunnstoffet karbon


Kjemiske egenskaper av grunnstoffet karbon


Fysiske egenskaper av grunnstoffet karbon


Mekaniske egenskaper av grunnstoffet karbon


 Grafitt er bygd opp av lag, med den svake van-der-Waals tvangs forbundet med hverandre og lett gli forbi hverandre

Carbon 14 dating

 Isotoper av karbonatomkjernene har seks protoner og et variabelt antall nøytroner. Carbon har to stabile naturlig forekommende isotoper. Isotopen karbon-12 utgjør 98,93% av alt karbonet i jorden, karbon-13, utgjør de resterende 1,07%.
Karbon-14 er en naturlig forekommende radioaktiv isotop som desintegrerer sporadisk ved β- utslipp. Halveringstiden er 5730 jaar.Koolstof-14 er utformet i de øvre lagene av troposfæren og stratosfæren, i en høyde på 9-15 km, ved kosmisk stråling. Tilstedeværelsen av karbon i atmosfæren og i levende organismer er tilnærmet konstant, men avtar i kroppene etter døden. Dette prinsippet benyttes i radiokarbondatering, som brukes til å bestemme en alder av karbonholdige materialer med en alder på ca 40 000 år.

De stabile isotoper av karbon


Allotropes


De tre allotropes av grunnstoffet karbon. Fra venstre til høyre: Diamond, Grafitt, Carbon Fulerenen stabilisert på ulike atomstruktur, kalt allotropes. De tre kjente allotropes er amorft karbon, grafitt og diamant.
Den amorfe form er en samling av karbonatomer i en ikke-krystallinsk tilstand. Det er tilstede som et pulver, og er den viktigste bestanddel av stoffer som sot og aktivert carbon. Ved normalt trykk karbonet har form av grafitt, er hver atom bundet til tre andre og danner således en to-dimensjonal plan som består av sekskantede ringer. De flate platene er stablet og bundet sammen ved hjelp av svake van der Waals krefter, slik at platene lett gli forbi hverandre. som forklarer mykhet grafitt. De løse planet ett atom tykke ark kalt graphene.
Ved svært høye trykk karbon allotrope danner kompakte diamant, med nesten dobbelt tettheten av grafitt. Her blir hvert atom tetraedrisk bundet til fire andre, slik at et tredimensjonalt nettverk dannes. Av styrken av de karbon-karbon-bindinger, er nettverket hardest naturlig stoff. I motsetning til ordtaket "Diamonds Are Forever", diamanter er ustabil og blir forvandlet i det lange løp i grafitt. På grunn av en høy aktivering energi barriere, er overgangen til grafitt ved romtemperatur ekstremt treg så vi ikke legger merke til det i et livsløpsperspektiv.
Under visse omstendigheter, utkrystalliserer karbon ut som lonsdaleite. Denne form har en heksagonal krystallgitter hvor alle atomene er kovalent bundet. Derfor er egenskapene til lonsdaleite ligge nær de av diamant.
De forskjellige allotropes karbon er blant de vanskeligste naturlig forekommende stoffer i form av diamant, og til den mykeste substans i form av grafitt. I tillegg bindingsaffiniteten med andre atomer, blant andre karbonatomer og er i stand til å danne en flerhet av stabile kovalente bindinger med slike atomer. Carbon har den høyeste sublime poenget med alle elementer, nemlig ca 3900 K.
At det ikke reagerer med svovelsyre, saltsyre, klor eller alkalier. Ved forhøyede temperaturer, reagerer karbonet med oksygen for å danne oksider av karbon, blir denne eksoterm reaksjon anvendes i jern- og stålindustrien for å regulere karboninnholdet i stål:
  • Fe3O4 + 4 C → 3 Fe + 4 CO

Carbon kombinert med noen metaller som danner karbider ved høye temperaturer, slik som jernkarbidet i stål. Wolframkarbid brukes som et slipemiddel og for fremstilling av skjæreverktøy.
Foto: Thinkstock: Graphene

Graphene

Nyere forsøk viser at graphene er en av de sterkeste materialer. Graphene er et lag av karbonatomer som bare ett atom tykke. Grafitt er en opphopning av disse lagene av graphene. Graphene er mange ganger sterkere enn høyfast stål. Det er også en av de raskeste halvledere.
C60 buckyball

Fulle

Fullerene er et molekyl som består av karbonatomer. Den har form av en hul kule, ellipsoid, eller tube. Kulefullerener kalles bucky baller og sylindriske fullerener, nanorør og Bucky rør. Den minste buckyball er C60, og består av 60 karbonatomer.

Egenskapene til carbon er sterkt avhengig av krystallstrukturen

  • Syntetisk diamant er det hardeste materialet. Grafitt er en av de mykeste materialer.
  • Diamond er den ultimate slipemiddel. Grafitt er et godt smøremiddel
  • Diamond er en utmerket elektrisk isolator.Grafiet er en leder av elektrisitet.
  • Noen former for grafitt er brukt til termisk isolasjon, andre former er gode varmeledere.
  • Diamond er gjennomsiktig. Grafitt er ugjennomsiktig.
  • Diamond krystalliserer i den kubiske gitteratom. Grafitt krystalliserer i det heksagonale gitter atom.

Forekomsten av grunnstoffet karbon

Carbon er den fjerde mest tallrike kjemiske element i universet etter hydrogen, helium og oksygen. Karbon er tilstede i solen, kometer og i atmosfæren på planeter. Noen meteoritter inneholder mikroskopiske diamanter som dannes når solsystemet var fortsatt en protoplanetariske disk. Mikroskopisk diamant kan også dannes ved den intense trykket og temperaturen på nettstedene til meteorittnedslag.
Grafitt er funnet i USA, Russland, Mexico, Grønland, og India. De fleste diamantforekomster er i Afrika, spesielt i Sør-Afrika, Namibia, Botswana, Republikken Kongo og Sierra Leone. Det er også innskudd i Arkansas, Canada, russisk Arktis, Brasil og Australia.

Carbon Cycle

Mengden av karbon i jorden er konstant. Veien som følger karbonet i det miljø som kalles karbonsyklusen. Planter tar karbondioksid fra omgivelsene. Plantene blir spist av dyrene, karbon pustes ut av dyr, så som karbondioksid. som delvis oppløses i havet; døde planter og dyr torv, olje eller kull, som er brent ved mann ved hvilken karbonet frigjøres på nytt for bruk ved planter etc.

Organiske Tilkoblinger

Carbon kan danne meget lange kjeder av sammenhengende karbonatomer. Karbon-karbon obligasjoner er sterke og stabile. Denne egenskapen gjør at karbon for å danne et nesten uendelig antall forbindelser. Den enkleste form for et organisk molekyl er hydrokarboner, organiske molekyler som består av hydrogenatomer bundet til en kjede av karbonatomer. Karbon forekommer i alt organisk liv. Carbon med hydrogen danner hydrokarboner som er viktige som kjølemiddel, smøremiddel, løsemidler, kjemisk råvare for produksjon av plast, petrokjemi og fossilt brensel.
Karbon med hydrogen og oksygen, som danner grupper av organiske forbindelser som for eksempel sukkere, alkoholer, fettsyrer og aromatiske estere. Med tillegg av nitrogenformer alkaloider seg selv og med tilsetning av svovel også antibiotika, aminosyrer og gummiprodukter. Med tilsetning av fosfor til disse elementer, DNA og RNA er dannet og adenosintrifosfat, den viktigste energioverføringen molekylet i levende celler.

Uorganiske forbindelser

Blant de mest kjente uorganiske forbindelser inkluderer karbondioksid. Oppløst i vann, dannes karbonsyre, ved hjelp av dette mellomproduktet blir fremstilt karbonationer.
Karbonmonoksid er dannet av ufullstendig forbrenning, og det er en fargeløs og luktfri gass. Molekylene inneholder en trippelbinding, noe som resulterer i en tendens til å binde seg fast til hemoglobinmolekyler i blodet, og således for å hindre absorpsjon av oksygen.
Velkjent er også silisiumkarbid, et slipemiddel som er lik diamant. Det er også kjent som karborundum, som er mye brukt i form av slipeskiver, polering og sliping pulver, og som et belegg av slipepapir, og for armering av pansrede kjøretøyer.

Produksjon


Selvfølgelig amorft grafietpoederEr er tre typer av naturlig grafitt nemlig amorfe, krystallinske flak grafitt og vene eller klump grafitt. Amorf grafitt er den laveste kvaliteten og den mest vanlige. Amorfe grafitt er funnet i Kina, Europa, Mexico og USA. Flake grafitt er sjeldnere enn amorfgrafiek. God kvalitet flake grafitt kan bli behandlet i grafitt for mange programmer, for eksempel flammehemmere. De viktigste funnene er i Østerrike, Brasil, Canada, Kina, Tyskland og Madagaskar. Vein grafitt er sjelden og den høyeste kvalitet naturlig grafitt er minelagt kommersielt i Sri Lanka.
Malmen er grunnen hvor det skal unngås at større diamant er ødelagt, så at partiklene blir sortert i henhold til tetthet. De fleste av disse gruvene befinner seg i Canada, Zimbabwe, Angola, og en i Russland.

Søknader

  • Den viktigste økonomiske bruk av karbon enn i mat og tømmer er i form av hydrokarboner, særlig metangassen, og fossilt brensel råolje. Råolje er utgangspunktet for en endeløs rekke produkter.
  • Cellulose er en naturlig, karbon-inneholdende polymer fra planter i form av bomull, lin. Cellulose er hovedsakelig brukt for å opprettholde strukturer i planter. De verdifulle karbon polymerer av animalsk opprinnelse er ull, kasjmir og silke laget.
  • Plast er laget av syntetiske polymerer. Karbon, ofte med oksygen- og nitrogenatomer som finnes i hovedkjeden av polymeren.
  • Grafitt er blandet med leire som brukes i blyanter.
  • Den brukes som et smøremiddel og pigment.
  • Brukes som elektroder for tørrbatterier og i galvanisering og electro.
  • Brukes som børster for elektriske motorer.
  • Ved, kull og olje blir brukt som brensel til energiproduksjon og romoppvarming.
  • Perle kvalitet diamanter brukes i smykker og industrielle diamanter brukes i boring, sliping og polering verktøy for bearbeiding av metall og stein.
  • Plast er laget av fossile hydrokarboner, og karbonfiber, laget ved pyrolyse av syntetiske fibrer av polyester anvendes for å forsterke plastmaterialer til avanserte, lett, for å danne komposittmaterialer.
  • Karbonfiber er fremstilt ved pyrolyse av ekstruderte og strukkede filamenter av polyakrylnitril og andre organiske stoffer. Resultatet er fibrer som har høyere strekkfasthet enn stål.
  • Sot er brukt som sort pigment i trykksverte, oljemaling, karbonpapir, India blekk og toner for laserskrivere. Sot er også brukes som fyllstoff i gummi og plastblandinger. Aktivert karbon blir brukt som en absorberende og adsorberende filtermateriale i anvendelser så forskjellige som gassmasker, vannrensing og kjøkken avtrekkshetter, og i medisin for giftstoffer, toksiner, absorbere eller gasser
  • Karbon anvendes for kjemisk reduksjon ved høye temperaturer. Som reduksjon av jernmalm til ijzer.Belangrijke anvendelser av grafitt er funnet i stålindustrien og i produksjon av litium-ion-batterier. Bruk som legeringselement i stål er svært godt kjent. Herding av ståloverflaten ved å varme ståldeler i karbon pulver. Karbider av silisium, wolfram, bor og titan, er blant de vanskeligste materiale og brukes som et slipemiddel i skjæring og sliping verktøy.

Grunnstoffet karbon for menneskers helse og miljøet

  • Rent karbon er ikke giftig og kan trygt inntas. Det er motstandsdyktig mot sure innholdet av fordøyelseskanalen.
  • Innånding av kullstøv, sot eller diamant i større mengde kan være farlig, er det irriterer lungen og fører til lungevevet sykdommer.
  • I atom anvendelser hvor grafitt brukes som en neutron moderator.
  • Det brede utvalget av karbonforbindelser inkluderer dødelige gifter som tetrodotoksin, lektin ricin, cyanid og karbonmonoksid.
(0)
(0)

Kommentarer - 0

Ingen kommentarer

Legg en kommentar

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
Tegn igjen: 3000
captcha