Karbon

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

«Karbon» har flere betydninger.

Karbon
Karbons plass i periodesystemet
Basisdata
Navn	Karbon
Symbol	C
Atomnummer	6
Utseende	svart (grafitt) fargeløs (diamant)
Plass i periodesystemet
Gruppe	14
Periode	2
Blokk	p
Kjemisk serie	ikke-metaller
Atomegenskaper
Atomvekt	12,0107 u
Empirisk atomradius	70 pm
Kalkulert atomradius	67 pm
Kovalent atomradius	77 pm
van der Waal-radius	170 pm
Elektronkonfigurasjon	[He] 2s2 2p2
Elektroner per energinivå	2, 4
Oksidasjonstilstander	4, 2
Krystallstruktur	heksagonal
Fysiske egenskaper
Stofftilstand	fast stoff
Smeltepunkt	3 500°C
Kokepunkt	4 827 °C
Molart volum	5,29 · 10-6 m3/mol
Tetthet	2 267 kg/m3 (grafitt) 3 513 kg/m3 (diamant)
Hardhet	0,5 (grafitt) 10 (diamant) (Mohs skala)
Kritisk temperatur
Kritisk trykk
Kritisk tetthet
Fordampningsvarme	355,8 kJ/mol
Smeltevarme	100 kJ/mol (grafitt) 120 kJ/mol (diamant)
Damptrykk	0 Pa
Lydfart	18 350 m/s
Diverse
Elektronegativitet etter Pauling-skalaen	2,55
Spesifikk varmekapasitet	710 J/(kg·K)
Elektrisk ledningsevne	Grafitt: 3 · 106 S/m Diamant: 1 · 10-4 S/m
Termisk ledningsevne	Grafitt: 119–165 W/(m · K) Diamant: 900–1300 W/(m · K)
Første ionisasjonspotensiale	1 086,5 kJ/mol
Andre ionisasjonspotensiale	2 352,6 kJ/mol
Tredje ionisasjonspotensiale	4 620,5 kJ/mol
SI-enheter & STP er brukt, hvis ikke annet er nevnt. MV = Manglende verdi – legg gjerne inn.

Karbon eller kullstoff er et ikke-metallisk grunnstoff med kjemisk symbol C og atomnummer 6.

[rediger] Historie

Karbon (fra latin carbonum som betyr kull) har vært kjent siden de tidligste sivilisasjoner i form av sot og kull. Diamanter var trolig kjent i Kina 2 500 år før Kristi fødsel, mens trekull ble fremstilt i romertiden med samme metoder som brukes i dag.

I 1722 viste René A. F. de Réaumur at jern kunne styrkes og bli til stål ved absorpsjon av et stoff, nå kjent som karbon. I 1772 kunne Antoine Lavoisier demonstrere at diamanter er en form for karbon da han brant prøver av diamant og kull, og viste at ingen av dem avga vann, og begge frigjorde samme mengde karbondioksid (CO₂) pr. gram. Carl Wilhelm Scheele oppdaget at grafitt - som inntil da hadde vært ansett for å være en form for bly, i virkeligheten var en form for karbon. De franske forskerne Claude Louis Berthollet, Gaspard Monge og C. A. Vandermonde viste i 1786 grafitt var rent karbon, og i sin rapport foreslo de navnet «carbone» (fra latin carbonum) på grunnstoffet.

En ny allotropisk form av karbon ble oppdaget i 1985, og ga oppdagerne Nobelprisen i kjemi i 1996.

Karbon-atomets elektronskall

[rediger] Egenskaper

Karbon er plassert i p-blokken i det periodiske system. Karbon har bemerkelsesverdige egenskaper, noen er et paradoks. De forskjellige allotropiske formene (se under) inkluderer det hardeste naturlige materialet (diamant) men også et av de mykeste (grafitt).

Karbon har lett for å binde seg med andre små atomer - inkludert andre karbon-atomer, og kan danne stabile kovalente bindinger med disse atomene. På grunn av disse egenskapene er karbon tilstede i nesten ti millioner^[1] forskjellige stoffer, størstedelen av de kjente kjemiske forbindelsene.

Karbon er grunnleggende i alt organisk materiale. Læren om karbonets kjemi har derfor fått navnet organisk kjemi.

[rediger] Allotroper

Karbon har flere allotroper, det vil si varianter eller grunnstrukturer:

• Diamant (karbon 13-diamantene) er det hardeste kjente mineralet. Struktur: Hvert atom er tetraedrisk bundet til fire andre karbonatomer, og danner en tredimensjonal kovalent nettverkstruktur. Diamant er en elektrisk isolator, men har svært god evne til å lede varme. Årsaken er at molekylet holdes sammen at et nettverk av kovalente bindinger som tillater lite bevegelse til individuelle karbonatomer. Derfor vil all tilført varme overføres som molekylær bevegelse gjennom diamanten.
• Grafitt er en myk forbindelse. Struktur: Hvert atom er trigonalt, planart bundet til tre andre karbonatomer slik at det dannes lag av karbonatomer ordnet i bikubemønster. Bindingsavstanden mellom karbonatomene i lagene er 141 pm. Avstanden mellom lagene er 335 pm, noe som gir svake krefter mellom lagene.
• Fullerener har følgende struktur: Store molekyler bestående av karbonatomer som er trigonalt, men ikke-planart bundet slik at de danner sfæriske molekyler.
• Lonsdaleite er en variant av diamant. Struktur: Som diamant, men danner heksagonalt krystallgitter.
• Karbonnanorør er små rør bestående av karbon. Struktur: Hvert karbonatom er trigonalt bundet i et kurvet ark som danner en hul sylinder.

Mer enn 95 prosent av alle kjente stoffer inneholder karbon, dette kommer av at karbon lett inngår kjemiske forbindelser med andre grunnstoffer.

[rediger] Isotoper

Naturlig forekommende karbon består av 2 stabile isotoper: ¹²C (98,93%) og ¹³C (1,07%). I tillegg er 13 kunstig fremstilte ustabile (og dermed radioaktive) isotoper kjent. De mest stabile er ¹⁴C med halveringstid 5 730 år og ¹¹C med halveringstid 20,39 minutter. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 20 sekunder, og de fleste kortere enn 1 sekund.^[2]

CAS-nummer: 7440-44-0

[rediger] Forekomst

Karbon forekommer naturlig i ren form (diamant og grafitt), og finnes i mange mineraler og i utallige kjemiske forbindelser. Karbon finnes også i alle levende organismer på Jorden. Rent karbon kan utvinnes fra antrasitt, steinkull, koks, brunkull, mineralolje, naturgass, trevirke og trekull.

[rediger] Anvendelse

• Naturlige diamanter brukes som smykkestein på grunn av sitt vakre fargespill. Til en viss grad brukes også kunstige diamanter, men disse er ikke så høyt ansett og er vesentlig billigere.
• Kunstige diamanter samt små, naturlige diamanter og diamantstøv brukes i bore-, slipe- og skjæreverktøy på grunn av sin hardhet.
• Grafitt kombinert med leire brukes som skriveredskap i blyanter.
• Kull blir brukt i smedkunsten, som varmekilde.
• Grafitt brukes som nøytronmoderator i kjernereaktorer.
• Den radioaktive isotopen karbon-14 brukes i datering av dødt organisk materiale (dyr, planter, trevirke osv.)
• Diamantstøv brukes i datamaskiner, som kjølesystem, pga sin unike evne til å lede varme.

[rediger] Referanser

[rediger] Se også

• Diamant
• Grafitt
• Kull
• Karbondatering