Karbon



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Karbon er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Karbon som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Karbon som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Karbon, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Karbon, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Karbon. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

Karbon,  6 C
Grafitt-og-diamant-med-skala.jpg
Grafitt (venstre) og diamant (høyre), to allotroper av karbon
Karbon
Allotroper grafitt , diamant , andre
Utseende
  • grafitt: svart, metallisk utseende
  • diamant: klar
Standard atomvekt A r, std (C) [12.009612.0116 ] konvensjonell: 12.011
Karbon i det periodiske systemet
Hydrogen Helium
Litium Beryllium Bor Karbon Nitrogen Oksygen Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silisium Fosfor Svovel Klor Argon
Kalium Kalsium Scandium Titan Vanadium Krom Mangan Jern Kobolt Nikkel Kobber Sink Gallium Germanium Arsenikk Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niobium Molybden Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Sølv Kadmium Indium Tinn Antimon Tellurium Jod Xenon
Cesium Barium Lantan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Gull Kvikksølv (element) Tallium Lede Vismut Polonium Astatin Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobel Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

C

Si
bor karbon nitrogen
Atomnummer ( Z ) 6
Gruppe gruppe 14 (karbongruppe)
Periode periode 2
Blokkere   p-blokk
Elektronkonfigurasjon [ Han ] 2s 2 2p 2
Elektroner per skall 2, 4
Fysiske egenskaper
Fase ved  STP fast
Sublimeringspunkt 3915 K (3642 ° C, 6588 ° F)
Tetthet (nær  rt ) amorf: 1,82,1 g/cm 3
grafitt: 2,267 g/cm 3
diamant: 3,515 g/cm 3
Trippelpunkt 4600 K, 10 800 kPa
Fusjonsvarme grafitt: 117  kJ/mol
Molar varmekapasitet grafitt: 8.517 J/(mol · K)
diamant: 6.155 J/(mol · K)
Atomiske egenskaper
Oksidasjonstilstander 4 , 3 , 2 , 1 , 0 , +1 , +2 , +3 , +4 (et mildt surt oksid)
Elektronegativitet Pauling skala: 2,55
Ioniseringsenergier
  • 1.: 1086,5 kJ/mol
  • 2.: 2352,6 kJ/mol
  • 3.: 4620,5 kJ/mol
  • ( mer )
Kovalent radius sp 3 : 77 pm
sp 2 : 73 pm
sp: 69  pm
Van der Waals radius 170.00
Fargelinjer i et spektralområde
Spektrale linjer av karbon
Andre eiendommer
Naturlig forekomst opprinnelig
Krystallstruktur grafitt: enkel sekskantet
Enkel sekskantet krystallstruktur for grafitt: karbon

(svart)
Krystallstruktur diamant: flatesentrert kubisk diamant-
Diamantkubisk krystallstruktur for diamant: karbon

(klar)
Lydhastighet tynn stang diamant: 18,350 m/s (ved 20 ° C)
Termisk ekspansjon diamant: 0,8 um/(mK) (ved 25 ° C)
Termisk ledningsevne grafitt: 119165 W/(mK)
diamant: 9002300 W/(mK)
Elektrisk motstand grafitt: 7,837 µm
Magnetisk bestilling diamagnetisk
Molær magnetisk følsomhet diamant: 5,9 × 10 6  cm 3 /mol
Youngs modul diamant: 1050 GPa
Skjærmodul diamant: 478 GPa
Bulk modul diamant: 442 GPa
Poisson -forhold diamant: 0,1
Mohs hardhet grafitt: 12
diamant: 10
CAS -nummer
  • atomkarbon: 7440-44-0
  • grafitt: 7782-42-5
  • diamant: 7782-40-3
Historie
Oppdagelse Egyptere og sumere (3750 fvt)
Anerkjent som et element av Antoine Lavoisier (1789)
Hoved isotoper av karbon
Isotop Overflod Halveringstid ( t 1/2 ) Forfallsmodus Produkt
11 C syn 20 min + 11 B
12 C 98,9% stabil
13 C 1,1% stabil
14 C spor 5730 år - 14 N

Karbon (fra latin : carbo "kull") er et kjemisk element med symbolet C og atomnummer 6. Det er ikke -metallisk og tetravalent - og gir fire elektroner tilgjengelig for å danne kovalente kjemiske bindinger . Det tilhører gruppe 14 i det periodiske systemet. Karbon utgjør bare omtrent 0,025 prosent av jordskorpen. Tre isotoper forekommer naturlig, 12 C og 13 C er stabile, mens 14 C er et radionuklid , forfallet med en halveringstid på omtrent 5 730 år. Karbon er et av de få elementene som er kjent siden antikken .

Karbon er det 15. mest forekommende elementet i jordskorpen , og det fjerde mest forekommende elementet i universet etter masse, etter hydrogen , helium og oksygen . Karbons overflod, dets unike mangfold av organiske forbindelser og dens uvanlige evne til å danne polymerer ved temperaturene som vanligvis oppstår på jorden gjør dette elementet til å tjene som et felles element i alt kjent liv . Det er det nest mest forekommende elementet i menneskekroppen (ca. 18,5%) etter oksygen.

Atomer av karbon kan binde seg sammen på forskjellige måter, noe som resulterer i forskjellige allotroper av karbon . Velkjente allotroper inkluderer grafitt , diamant , amorft karbon og fullerener . De fysiske egenskapene til karbon varierer mye med den allotropiske formen. For eksempel er grafitt ugjennomsiktig og svart mens diamant er svært gjennomsiktig . Grafitt er myk nok til å danne en strek på papir (derav navnet, fra det greske verbet "" som betyr "å skrive"), mens diamant er det vanskeligste naturlig forekommende materialet som er kjent. Grafitt er en god elektrisk leder mens diamant har lav elektrisk ledningsevne . Under normale forhold har diamant, karbon nanorør og grafen de høyeste varmeledningsevnene til alle kjente materialer . Alle karbonallotroper er faste stoffer under normale forhold, med grafitt som den mest termodynamisk stabile formen ved standard temperatur og trykk. De er kjemisk resistente og krever høy temperatur for å reagere selv med oksygen.

Den mest vanlige oksidasjonstilstand av karbon i uorganiske forbindelser er 4, mens to er funnet i karbonmonoksid og overgangsmetall karbonyl- komplekser. De største kildene til uorganisk karbon er kalkstein , dolomitter og karbondioksid , men betydelige mengder forekommer i organiske forekomster av kull , torv , olje og metanklatrater . Karbon danner et stort antall forbindelser , mer enn noe annet element, med nesten ti millioner forbindelser som er beskrevet hittil, og likevel er dette tallet bare en brøkdel av antallet teoretisk mulige forbindelser under standardbetingelser. Av denne grunn har karbon ofte blitt referert til som "elementenes konge".

Kjennetegn

De allotropes for karbon innbefatter grafitt , en av de mykeste kjente substanser, og diamant , det hardeste naturlig forekommende substans. Den binder seg lett til andre små atomer , inkludert andre karbonatomer, og er i stand til å danne flere stabile kovalente bindinger med passende multivalente atomer. Karbon er kjent for å danne nesten ti millioner forbindelser, et stort flertall av alle kjemiske forbindelser . Karbon har også det høyeste sublimeringspunktet for alle elementene. Ved atmosfæretrykk har det ingen smeltepunkt, ettersom trippelpunktet er 10,8 ± 0,2 megapascal (106,6 ± 2,0 atm; 1,566 ± 29 psi) og 4600 ± 300 K (4.330 ± 300 ° C; 7.820 ± 540 ° F), så den sublimerer ved omtrent 3.900 K (3.630 ° C; 6.560 ° F). Grafitt er mye mer reaktivt enn diamant ved standardforhold, til tross for at det er mer termodynamisk stabilt, ettersom dets delokaliserte pi -system er mye mer sårbart for angrep. For eksempel, kan grafitt oksyderes ved hjelp av varm konsentrert salpetersyre ved standardbetingelser til mellittsyre , C 6 (CO 2 H) 6 , som bevarer den sekskantede enheter av grafitt, mens bryte opp større struktur.

Karbon sublimerer i en karbonbue, som har en temperatur på omtrent 5800 K (5.530 ° C eller 9.980 ° F). Uavhengig av allotrop form forblir således karbon fast ved høyere temperaturer enn metallene med det høyeste smeltepunktet, for eksempel wolfram eller rhenium . Selv om termodynamisk er utsatt for oksidasjon , motstår karbon oksidasjon mer effektivt enn elementer som jern og kobber , som er svakere reduserende midler ved romtemperatur.

Karbon er det sjette elementet, med en elektronisk grunnkonfigurasjon av 1s 2 2s 2 2p 2 , hvorav de fire ytre elektronene er valenselektroner . De fire første ioniseringsenergiene, 1086,5, 2352,6, 4620,5 og 6222,7 kJ/mol, er mye høyere enn de for de tyngre gruppe 14-elementene. Elektronegativiteten til karbon er 2,5, betydelig høyere enn de tyngre gruppe-14-elementene (1,81,9), men nær de fleste ikke-metallene i nærheten, samt noen av andre og tredje rad overgangsmetaller . Karbonets kovalente radier er normalt målt til 77,2 pm (C C), 66,7 pm (C = C) og 60,3 pm (CC), selv om disse kan variere avhengig av koordinasjonsnummer og hva karbonet er bundet til. Generelt reduseres kovalent radius med lavere koordinasjonstall og høyere bindingsrekkefølge.

Kullforbindelser danner grunnlaget for alt kjent liv på jorden , og syklusen mellom karbon og nitrogen gir noe av energien som produseres av solen og andre stjerner . Selv om det danner et ekstraordinært utvalg av forbindelser, er de fleste former for karbon relativt ureaktive under normale forhold. Ved standard temperatur og trykk tåler den alle unntatt de sterkeste oksidasjonsmidler. Det reagerer ikke med svovelsyre , saltsyre , klor eller alkalier . Ved forhøyede temperaturer reagerer karbon med oksygen for å danne karbonoksider og vil rane oksygen fra metalloksider for å forlate grunnmetallet. Denne eksotermiske reaksjonen brukes i jern- og stålindustrien for å smelte jern og for å kontrollere karboninnholdet i stål :

Fe
3
O
4
+ 4 C (s) + 2 O
2
3 Fe (s) + 4 CO
2
(g) .

Karbon reagerer med svovel for å danne karbondisulfid , og det reagerer med damp i kullgassreaksjonen som brukes i kullgassifisering :

C (s) + H 2 O (g) CO (g) + H 2 (g) .

Carbon kombinerer med enkelte metaller ved høye temperaturer for å danne metalliske karbider, slik som jernkarbidet sementitt i stål og wolframkarbid , er mye brukt som et slipemiddel og for fremstilling av harde tips for skjærende verktøy.

Systemet med karbonallotroper spenner over en rekke ekstremer:

Grafitt er et av de mykeste materialene som er kjent. Syntetisk nanokrystallinsk diamant er det vanskeligste materialet som er kjent.
Grafitt er et veldig godt smøremiddel , som viser overlegenhet . Diamant er det ultimate slipemiddelet .
Grafitt er en leder av elektrisitet. Diamond er en utmerket elektrisk isolator , og har det høyeste sammenbrudd elektriske feltet av noe kjent materiale.
Noen former for grafitt brukes til varmeisolasjon (dvs. brannbrudd og varmeskjold), men noen andre former er gode varmeledere. Diamant er den mest kjente naturlig forekommende termiske lederen
Grafitt er ugjennomsiktig . Diamant er svært gjennomsiktig.
Grafitt krystalliserer i det sekskantede systemet . Diamant krystalliserer i det kubiske systemet .
Amorft karbon er fullstendig isotropt . Karbon nanorør er blant de mest anisotrope materialene som er kjent.

Allotroper

Atomkull er en veldig kortvarig art, og derfor stabiliseres karbon i forskjellige multi-atomiske strukturer med forskjellige molekylære konfigurasjoner som kalles allotroper . De tre relativt kjente allotropene av karbon er amorft karbon , grafitt og diamant . Når de er betraktet som eksotiske, blir fullerener i dag ofte syntetisert og brukt i forskning; de inkluderer buckyballs , karbon nanorør , karbon nanobuds og nanofibre . Flere andre eksotiske allotroper har også blitt oppdaget, for eksempel lonsdaleitt , glassaktig karbon , karbon -nanofoam og lineært acetylenisk karbon (carbyne).

Grafen er et todimensjonalt karbonark med atomene arrangert i et sekskantet gitter. Fra 2009 ser det ut til at grafen er det sterkeste materialet som noensinne er testet. Prosessen med å skille den fra grafitt vil kreve ytterligere teknologisk utvikling før den er økonomisk for industrielle prosesser. Hvis det lykkes, kan grafen brukes i konstruksjonen av en romheis . Den kan også brukes til å lagre hydrogen trygt for bruk i en hydrogenbasert motor i biler.

Den amorfe formen er et utvalg av karbonatomer i en ikke-krystallinsk, uregelmessig, glassaktig tilstand, som ikke er inneholdt i en krystallinsk makrostruktur. Det er tilstede som et pulver, og er hovedbestanddelen av stoffer som kull , lampesvart ( sot ) og aktivt karbon . Ved normalt trykk har karbon form av grafitt, der hvert atom er trigonalt bundet til tre andre i et plan sammensatt av sammensmeltede sekskantede ringer, akkurat som i aromatiske hydrokarboner . Det resulterende nettverket er todimensjonalt, og de resulterende flate arkene er stablet og løst bundet gjennom svake van der Waals-krefter . Dette gir grafitt mykhet og spaltingsegenskaper (arkene glir lett forbi hverandre). På grunn av delokaliseringen av et av de ytre elektronene til hvert atom for å danne en -sky , leder grafitt elektrisitet , men bare i planet til hvert kovalent bundet ark. Dette resulterer i en lavere bulk ledningsevne for karbon enn for de fleste metaller . Delokaliseringen står også for den energiske stabiliteten til grafitt over diamant ved romtemperatur.

Ved veldig høyt trykk danner karbon den mer kompakte allotropen, diamanten , som har nesten dobbelt så stor tetthet som grafitt. Her er hvert atom bundet tetraedrisk til fire andre, og danner et tredimensjonalt nettverk av rynker med seks ledd av atomer. Diamant har den samme kubisk struktur som silisium og germanium , og på grunn av styrken av de karbon-karbon- bindinger , er det vanskeligste naturlig forekommende substans måles ved resistens mot skraping . I motsetning til den vanlige oppfatningen at "diamanter er for alltid" , er de termodynamisk ustabile ( f G ° (diamant, 298 K) = 2,9 kJ/mol) under normale forhold (298 K, 10 5  Pa) og bør teoretisk omdannes til grafitt . Men på grunn av en høy aktiveringsenergibarriere er overgangen til grafitt så treg ved normal temperatur at det er umerkelig. Ved svært høye temperaturer vil imidlertid diamant bli til grafitt, og diamanter kan brenne opp i en husbrann. Det nedre venstre hjørnet av fasediagrammet for karbon har ikke blitt undersøkt eksperimentelt. Selv om en beregningsstudie med funksjonelle teorimetoder for tetthet kom til den konklusjonen at diamant blir mer stabil enn grafitt med omtrent 1,1 kJ/mol som T 0 K og p 0 Pa , viser nyere og definitive eksperimentelle og beregningsstudier at grafitt er mer stabil enn diamant for T <400 K , uten påført trykk, med 2,7 kJ/mol ved T  = 0 K og 3,2 kJ/mol ved T  = 298,15 K. Under noen forhold krystalliserer karbon seg som lonsdaleitt , et sekskantet krystallgitter med alle atomer kovalent bundet og egenskaper som ligner på diamant.

Fullerener er en syntetisk krystallinsk formasjon med en grafittlignende struktur, men i stedet for flate sekskantede celler kan noen av cellene som fullerener dannes av være femkanter, ikke-plane sekskanter eller til og med heptagoner av karbonatomer. Arkene blir dermed vridd i kuler, ellipser eller sylindere. Egenskapene til fullerener (delt inn i buckyballs, buckytubes og nanobuds) er ennå ikke fullstendig analysert og representerer et intenst forskningsområde innen nanomaterialer . Navnene fullerene og buckyball er gitt etter Richard Buckminster Fuller , popularisator av geodesiske kupler , som ligner strukturen til fullerener. Buckyballene er ganske store molekyler dannet fullstendig av karbonbundet trigonalt og danner kuler (den mest kjente og enkleste er den fotballformede C 60 buckminsterfulleren ). Karbon nanorør (buckytubes) ligner strukturelt på buckyballs, bortsett fra at hvert atom er trigonalt bundet i et buet ark som danner en hul sylinder . Nanobuds ble først rapportert i 2007 og er hybrid buckytube/buckyball -materialer (buckyballer er bundet kovalent til ytterveggen i et nanorør) som kombinerer egenskapene til begge i en enkelt struktur.

Comet C/2014 Q2 (Lovejoy) omgitt av glødende karbondamp

Av de andre oppdagede allotropene er karbon-nanofoam en ferromagnetisk allotrop som ble oppdaget i 1997. Den består av en klyngesamling med lav tetthet av karbonatomer som er samlet sammen i en løs tredimensjonal bane, hvor atomene er trigonalt bundet i seks- og syvleddede ringer. Det er blant de letteste faste stoffene, med en tetthet på omtrent 2 kg/m 3 . På samme måte inneholder glassaktig karbon en høy andel lukket porøsitet , men i motsetning til vanlig grafitt er de grafittiske lagene ikke stablet som sider i en bok, men har et mer tilfeldig arrangement. Lineær acetylenisk karbon har den kjemiske strukturen - (C ::: C) n -. Karbon i denne modifikasjonen er lineær med sp orbital hybridisering , og er en polymer med alternerende enkelt- og trippelbindinger. Denne karbyen er av stor interesse for nanoteknologi ettersom Youngs modul er 40 ganger den for det vanskeligste kjente materialet - diamant.

I 2015 kunngjorde et team ved North Carolina State University utviklingen av en annen allotrop som de har kalt Q-carbon , skapt av en laser med lav energi på lavt varighet på amorft karbonstøv. Det er rapportert at Q-karbon viser ferromagnetisme, fluorescens og en hardhet som er bedre enn diamanter.

I dampfasen er noe av karbonet i form av dikarbon ( C
2
). Når den er spent, lyser denne gassen grønt.

Hendelse

Kull er det fjerde mest forekommende kjemiske elementet i det observerbare universet etter masse etter hydrogen, helium og oksygen. Karbon er rikelig i solen , stjernene , kometene og i atmosfæren på de fleste planeter . Noen meteoritter inneholder mikroskopiske diamanter som ble dannet da solsystemet fortsatt var en protoplanetarisk skive . Mikroskopiske diamanter kan også dannes av det intense trykket og den høye temperaturen på stedene for meteorittpåvirkninger.

I 2014 kunngjorde NASA en sterkt oppgradert database for sporing av polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) i universet . Mer enn 20% av karbonet i universet kan være assosiert med PAH, komplekse forbindelser av karbon og hydrogen uten oksygen. Disse forbindelsene figurerer i PAH -verdenshypotesen der de antas å ha en rolle i abiogenese og dannelse av liv . PAH ser ut til å ha blitt dannet "et par milliarder år" etter Big Bang , er utbredt i hele universet og er forbundet med nye stjerner og eksoplaneter .

Det har blitt anslått at den faste jorden som helhet inneholder 730 ppm karbon, med 2000 ppm i kjernen og 120 ppm i den kombinerte mantelen og skorpen. Siden jordens masse er5,972 × 10 24  kg , vil dette innebære 4360 millioner gigatonn karbon. Dette er mye mer enn mengden karbon i havene eller atmosfæren (nedenfor).

I kombinasjon med oksygen i karbondioksid finnes karbon i jordens atmosfære (ca. 900 gigatonn karbon - hver ppm tilsvarer 2,13 Gt) og oppløses i alle vannmasser (ca. 36 000 gigatonn karbon). Kull i biosfæren er anslått til 550 gigatonn, men med stor usikkerhet, hovedsakelig på grunn av en stor usikkerhet i mengden terrestriske dype undergrunnsbakterier . Hydrokarboner (som kull , petroleum og naturgass ) inneholder også karbon. Kull "reserver" (ikke "ressurser") utgjør rundt 900 gigatonn med kanskje 18 000 Gt ressurser. Oljereserver er rundt 150 gigatonn. Påviste kilder til naturgass handler om175 × 10 12  kubikkmeter (inneholder omtrent 105 gigatonn karbon), men studier anslår en annen900 × 10 12  kubikkmeter "ukonvensjonelle" forekomster som skifergass , som representerer omtrent 540 gigaton karbon.

Karbon finnes også i metanhydrater i polare områder og under havet. Ulike estimater setter dette karbonet mellom 500, 2500 Gt eller 3000 Gt.

Tidligere var mengder hydrokarboner større. Ifølge en kilde ble det i perioden fra 1751 til 2008 frigitt omtrent 347 gigatonn karbon som karbondioksid til atmosfæren fra forbrenning av fossilt brensel. En annen kilde setter mengden som er lagt til atmosfæren for perioden siden 1750 på 879 Gt, og totalen går til atmosfæren, sjøen og land (for eksempel torvmyrer ) på nesten 2000 Gt.

Karbon er en bestanddel (ca. 12 vektprosent) av de veldig store massene av karbonatstein ( kalkstein , dolomitt , marmor og så videre). Kull er veldig rikt på karbon ( antrasitt inneholder 9298%) og er den største kommersielle kilden til mineralsk karbon, og står for 4000 gigatonn eller 80% av fossilt brensel .

Når det gjelder individuelle karbonallotroper, finnes grafitt i store mengder i USA (for det meste i New York og Texas ), Russland , Mexico , Grønland og India . Naturlige diamanter forekommer i bergskimberlitten , funnet i eldgamle vulkanske "nakker" eller "rør". De fleste diamantforekomster er i Afrika , særlig i Sør -Afrika , Namibia , Botswana , Republikken Kongo og Sierra Leone . Det er også funnet diamantforekomster i Arkansas , Canada , det russiske arktiske området , Brasil og i Nord- og Vest -Australia . Diamanter blir nå også gjenvunnet fra havbunnen utenfor Kapp det gode håp . Diamanter finnes naturlig, men omtrent 30% av alle industridiamanter som brukes i USA er nå produsert.

Karbon-14 dannes i de øvre lagene i troposfæren og stratosfæren i 915 km høyder ved en reaksjon som utfelles av kosmiske stråler . Termiske nøytroner produseres som kolliderer med kjernene til nitrogen-14 og danner karbon-14 og et proton. Som sådan,1,5% × 10 10 av atmosfærisk karbondioksid inneholder karbon-14.

Karbonrike asteroider er relativt overveiende i de ytre delene av asteroidebeltet i vårt solsystem . Disse asteroider har ennå ikke blitt samplet direkte av forskere. Asteroider kan brukes i hypotetisk rombasert karbonutvinning , noe som kan være mulig i fremtiden, men for tiden er teknologisk umulig.

Isotoper

Isotoper av karbon er atomkjerner som inneholder seks protoner pluss et antall nøytroner (varierende fra 2 til 16). Kull har to stabile, naturlig forekommende isotoper . Isotopen karbon-12 ( 12 C) danner 98,93% av karbonet på jorden, mens karbon-13 ( 13 C) danner de resterende 1,07%. Konsentrasjonen på 12 C økes ytterligere i biologiske materialer fordi biokjemiske reaksjoner diskriminerer 13 C. I 1961 vedtok International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) isotopen karbon-12 som grunnlag for atomvekter . Identifikasjon av karbon i kjernemagnetisk resonans (NMR) eksperimenter utføres med isotopen 13 C.

Karbon-14 ( 14 C) er en naturlig forekommende radioisotop , skapt i den øvre atmosfæren (nedre stratosfære og øvre troposfære ) ved interaksjon mellom nitrogen og kosmiske stråler . Den finnes i spormengder på jorden på 1 del per billion (0.0000000001%) eller mer, hovedsakelig begrenset til atmosfæren og overfladiske forekomster, spesielt av torv og andre organiske materialer. Denne isotopen forfaller med 0,158 MeV - utslipp . På grunn av sin relativt korte halveringstid på 5730 år, er 14 C praktisk talt fraværende i gamle bergarter. Mengden 14 C i atmosfæren og i levende organismer er nesten konstant, men avtar forutsigbart i kroppen etter døden. Dette prinsippet brukes i radiokarbondatering , oppfunnet i 1949, som har blitt brukt i stor utstrekning for å bestemme alderen på karbonholdige materialer med en alder opptil 40 000 år.

Det er 15 kjente isotoper av karbon og den korteste levetiden av disse er 8 C som forfaller gjennom protonemisjon og alfa-forfall og har en halveringstid på 1,98739 × 10 21 s. Den eksotiske 19 C viser en kjernefysisk halo , noe som betyr at radiusen er vesentlig større enn man kunne forvente hvis kjernen var en sfære med konstant tetthet .

Dannelse i stjerner

Dannelse av karbonatomkjernen skjer i en gigantisk eller supergigant stjerne gjennom trippel-alfa-prosessen . Dette krever en nesten samtidig kollisjon av tre alfapartikler ( heliumkjerner ), ettersom produktene fra ytterligere kjernefusjonsreaksjoner av helium med hydrogen eller en annen heliumkjerne produserer henholdsvis litium-5 og beryllium-8 , som begge er svært ustabile og forfaller nesten umiddelbart tilbake til mindre kjerner. Trippel-alfa-prosessen skjer ved temperaturer over 100 megakelvin og heliumkonsentrasjon som den raske ekspansjonen og avkjøling av det tidlige universet forbød, og derfor ble det ikke opprettet noen signifikant karbon under Big Bang .

I henhold til dagens fysiske kosmologi -teori dannes det karbon i stjerners indre på den horisontale grenen . Når massive stjerner dør som supernova, spres karbonet ut i verdensrommet som støv. Dette støvet blir komponentmateriale for dannelsen av neste generasjons stjernesystemer med akkreterte planeter. The Solar System er et slikt stjernesystem med en overflod av karbon, slik at eksistensen av liv slik vi kjenner det.

Den CNO syklusen er et ytterligere hydrogen-fusjons mekanisme som driver stjerner, karakterisert ved at karbon virker som en katalysator .

Rotasjonsoverganger av forskjellige isotopiske former for karbonmonoksid (for eksempel 12 CO, 13 CO og 18 CO) er påviselige i submillimeterbølgelengdeområdet , og brukes i studiet av nydannende stjerner i molekylære skyer .

Kullsyklus

Under terrestriske forhold er konvertering av ett element til et annet svært sjelden. Derfor er mengden karbon på jorden effektivt konstant. Dermed må prosesser som bruker karbon hente det et sted og kaste det et annet sted. Karbonets veier i miljøet danner karbonsyklusen . For eksempel trekker fotosyntetiske planter karbondioksid fra atmosfæren (eller sjøvannet) og bygger det inn i biomasse, som i Calvin -syklusen , en prosess med karbonfiksering . Noe av denne biomassen spises av dyr, mens noe karbon pustes ut av dyr som karbondioksid. Kullsyklusen er betydelig mer komplisert enn denne korte sløyfen; for eksempel er noe karbondioksid oppløst i havene; hvis bakterier ikke spiser det, kan dødt plante- eller animalsk materiale bli petroleum eller kull , som frigjør karbon når det brennes.

Forbindelser

Organiske forbindelser

Strukturformel for metan , den enkleste mulige organiske forbindelsen.
Korrelasjon mellom karbonsyklusen og dannelse av organiske forbindelser. I planter kan karbondioksid dannet ved karbonfiksering gå sammen med vann i fotosyntesen ( grønn ) for å danne organiske forbindelser, som kan brukes og videre konverteres av både planter og dyr.

Karbon kan danne veldig lange kjeder av sammenkoblende karbon -karbonbindinger , en egenskap som kalles kobling . Karbon-karbonbindinger er sterke og stabile. Gjennom kobling danner karbon et utall antall forbindelser. En oversikt over unike forbindelser viser at flere inneholder karbon enn ikke. Et lignende krav kan gjøres for hydrogen fordi de fleste organiske forbindelser inneholder hydrogen som er kjemisk bundet til karbon eller et annet vanlig element som oksygen eller nitrogen.

Den enkleste formen for et organisk molekyl er hydrokarbonet - en stor familie av organiske molekyler som består av hydrogenatomer bundet til en kjede av karbonatomer. Et hydrokarbon -ryggrad kan erstattes med andre atomer, kjent som heteroatomer . Vanlige heteroatomer som forekommer i organiske forbindelser inkluderer oksygen, nitrogen, svovel, fosfor og ikke -radioaktive halogener, samt metallene litium og magnesium. Organiske forbindelser som inneholder bindinger til metall er kjent som organometalliske forbindelser ( se nedenfor ). Enkelte grupper av atomer, ofte inkludert heteroatomer, går igjen i et stort antall organiske forbindelser. Disse samlingene, kjent som funksjonelle grupper , gir vanlige reaktivitetsmønstre og åpner for systematisk studie og kategorisering av organiske forbindelser. Kjedelengde, form og funksjonelle grupper påvirker alle egenskapene til organiske molekyler.

I de fleste stabile forbindelser av karbon (og nesten alle stabile organiske forbindelser), følger karbon oktettregelen og er tetravalent , noe som betyr at et karbonatom danner totalt fire kovalente bindinger (som kan inkludere dobbelt- og trippelbindinger). Unntak inkluderer et lite antall stabiliserte karbokasjoner (tre bindinger, positiv ladning), radikaler (tre bindinger, nøytral), karbanioner (tre bindinger, negativ ladning) og karben (to bindinger, nøytral), selv om disse artene er mye mer sannsynlig å være oppstått som ustabile, reaktive mellomprodukter.

Karbon forekommer i alt kjent organisk liv og er grunnlaget for organisk kjemi . Når den forenes med hydrogen , danner den forskjellige hydrokarboner som er viktige for industrien som kjølemedier , smøremidler , løsemidler , som kjemisk råstoff for produksjon av plast og petrokjemikalier , og som fossilt brensel .

Når det kombineres med oksygen og hydrogen, kan karbon danne mange grupper av viktige biologiske forbindelser, inkludert sukker , lignaner , kitiner , alkoholer , fett og aromatiske estere , karotenoider og terpener . Med nitrogen danner det alkaloider , og med tilsetning av svovel danner det også antibiotika , aminosyrer og gummiprodukter . Med tilsetning av fosfor til disse andre elementene, danner det DNA og RNA , kjemikaliekodens bærere og adenosintrifosfat (ATP), det viktigste energioverføringsmolekylet i alle levende celler.

Uorganiske forbindelser

Vanligvis karbonholdige forbindelser som er assosiert med mineraler eller som ikke inneholder bindinger til de andre karbonatomer, halogener eller hydrogen, behandles separat fra klassiske organiske forbindelser ; definisjonen er ikke stiv, og klassifiseringen av noen forbindelser kan variere fra forfatter til forfatter (se referanseartikler ovenfor). Blant disse er de enkle karbonoksidene. Det mest fremtredende oksidet er karbondioksid ( CO
2
). Dette var en gang hovedbestanddelen i paleoatmosfæren , men er en mindre del av jordens atmosfære i dag. Oppløst i vann og danner kolsyre ( H
2
CO
3
), men som de fleste forbindelser med flere enkeltbundne oksygener på et enkelt karbon er det ustabilt. Gjennom denne mellomliggende, selv om resonansstabiliserte karbonat- ioner blir produsert. Noen viktige mineraler er karbonater, særlig kalsitt . Karbondisulfid ( CS
2
) er lik. På grunn av dets fysiske egenskaper og tilknytning til organisk syntese, er karbondisulfid noen ganger klassifisert som et organisk løsningsmiddel.

Det andre vanlige oksidet er karbonmonoksid (CO). Den dannes ved ufullstendig forbrenning, og er en fargeløs, luktfri gass. Molekylene inneholder hver en trippelbinding og er ganske polare , noe som resulterer i en tendens til å binde seg permanent til hemoglobinmolekyler, noe som fortrenger oksygen, som har en lavere bindingsaffinitet. Cyanid (CN - ), har en lignende struktur, men oppfører seg omtrent som et halogenidion ( pseudohalogen ). For eksempel kan den danne nitridcyanogenmolekylet ((CN) 2 ), som ligner på diatomiske halogenider. På samme måte regnes den tyngre analogen av cyanid, cyafid (CP - ), også som uorganisk, selv om de fleste enkle derivater er svært ustabile. Andre uvanlige oksider er karbon suboksid ( C
3
O
2
), Den ustabile dicarbon monoksid (C 2 O), carbon-trioksyd (CO 3 ), cyclopentanepentone (C 5 O 5 ), cyclohexanehexone (C 6 O 6 ), og mellittsyre anhydrid (C 12 O 9 ). Mellittsyreanhydrid er imidlertid det tredobbelte acylanhydrid av mellitsyre; Videre inneholder den en benzenring. Dermed anser mange kjemikere at den er organisk.

Med reaktive metaller , for eksempel wolfram , danner karbon enten karbider (C 4 ) eller acetylider ( C2
2
) for å danne legeringer med høye smeltepunkter. Disse anionene er også assosiert med metan og acetylen , begge svært svake syrer . Med en elektronegativitet på 2,5 foretrekker karbon å danne kovalente bindinger . Noen få karbider er kovalente gitter, som carborundum (SiC), som ligner diamant . Likevel er selv de mest polare og saltlignende karbider ikke helt ioniske forbindelser.

Organiske metallforbindelser

Organiske metallforbindelser inneholder per definisjon minst én karbon-metall-kovalent binding. Det finnes et bredt spekter av slike forbindelser; hovedklasser inkluderer enkle alkylmetallforbindelser (for eksempel tetraethyllead ), 2 -alkenforbindelser (for eksempel Zeises salt ) og 3 -allylforbindelser (for eksempel allylpalladiumkloriddimer ); metallocener som inneholder cyklopentadienylligander (for eksempel ferrocen ); og overgangsmetallkarbinkomplekser . Mange metallkarbonyler og metallcyanider finnes (for eksempel tetrakarbonylnikkel og kaliumferricyanid ); noen arbeidere anser metallkarbonyl- og cyanidkomplekser uten andre karbonligander for å være rent uorganiske, og ikke organometalliske. Imidlertid anser de fleste organometalliske kjemikere metallkomplekser med hvilken som helst karbonligand, til og med 'uorganisk karbon' (f.eks. Karbonyler, cyanider og visse typer karbider og acetylider) for å være organometalliske. Metallkomplekser som inneholder organiske ligander uten en kovalent karbon-metallbinding (f.eks. Metallkarboksylater) kalles metallorganiske forbindelser.

Selv om det er klart at karbon foretrekker dannelse av fire kovalente bindinger, er andre eksotiske bindingsordninger også kjent. Carboranes er svært stabile dodekaedriske derivater av [B 12 H 12 ] 2- enheten, med en BH erstattet med en CH + . Dermed er karbonet bundet til fem boratomer og ett hydrogenatom. Kationet [(Ph 3 PAu) 6 C] 2+ inneholder et oktaedrisk karbon bundet til seks fosfin-gullfragmenter. Dette fenomenet har blitt tilskrevet aurofilisiteten til gullligandene , som gir ytterligere stabilisering av en ellers labil art. I naturen har jern-molybden-kofaktoren ( FeMoco ) ansvarlig for mikrobiell nitrogenfiksering på samme måte et oktaedrisk karbonsenter (formelt et karbid, C (-IV)) bundet til seks jernatomer. I 2016 ble det bekreftet at, i tråd med tidligere teoretiske spådommer, inneholder heksametylbenzen -dikningen et karbonatom med seks bindinger. Mer spesifikt, kan de dikation beskrives strukturelt ved formuleringen [MeC ( 5 Cs 5 Me 5 )] 2+ , slik at det er et "organisk metallocen " der en MeC 3+ fragment blir bundet til en 5 -C 5 Me 5 - fragment gjennom alle fem av ringens karbonatomer.

Det er viktig å merke seg at i tilfellene ovenfor inneholder hver av bindingene til karbon mindre enn to formelle elektronpar. Dermed overstiger det formelle elektrontallet for disse artene ikke en oktett. Dette gjør dem hyperkoordinate, men ikke hypervalente. Selv i tilfeller av påståtte 10-C-5-arter (det vil si et karbon med fem ligander og et formelt elektrontall på ti), som rapportert av Akiba og medarbeidere, konkluderer elektroniske strukturberegninger med at elektronpopulasjonen rundt karbon fortsatt er mindre enn åtte, som det er tilfelle for andre forbindelser med firelektron- tresenterbinding .

Historie og etymologi

Antoine Lavoisier i sin ungdom

Det engelske navnet karbon kommer fra den latinske karbo for kull og kull, hvorfra også kommer det franske trekullet , som betyr kull. I tysk , nederlandsk og dansk , navnene for karbon er Kohlenstoff , koolstof og kulstof henholdsvis alt bokstavelig betyr kull -substans.

Kull ble oppdaget i forhistorien og var kjent i form av sot og trekull til de tidligste menneskelige sivilisasjoner . Diamanter var sannsynligvis kjent så tidlig som 2500 fvt i Kina, mens karbon i form av trekull ble laget rundt romertiden av samme kjemi som det er i dag, ved å varme tre i en pyramide dekket med leire for å utelukke luft.

I 1722 demonstrerte René Antoine Ferchault de Réaumur at jern ble omdannet til stål gjennom absorpsjon av et stoff, nå kjent for å være karbon. I 1772 viste Antoine Lavoisier at diamanter er en form for karbon; da han brente prøver av trekull og diamant og fant at ingen av dem produserte vann og at begge frigjorde den samme mengden karbondioksid per gram . I 1779 viste Carl Wilhelm Scheele at grafitt, som man hadde tenkt på som en blyform , i stedet var identisk med trekull, men med en liten blanding av jern, og at det ga "luftsyre" (hans navn for karbondioksid) når oksidert med salpetersyre. I 1786 bekreftet de franske forskerne Claude Louis Berthollet , Gaspard Monge og CA Vandermonde at grafitt stort sett var karbon ved å oksidere det i oksygen på omtrent samme måte som Lavoisier hadde gjort med diamant. Litt jern igjen var igjen, som de franske forskerne mente var nødvendig for grafittstrukturen. I sin publikasjon foreslo de navnet karbon (latinsk carbonum ) for elementet i grafitt som ble avgitt som en gass ved brenning av grafitt. Antoine Lavoisier listet deretter karbon som et element i sin lærebok fra 1789.

En ny allotrop av karbon, fulleren , som ble oppdaget i 1985, inkluderer nanostrukturerte former som buckyballer og nanorør . Oppdagerne deres - Robert Curl , Harold Kroto og Richard Smalley  - mottok Nobelprisen i kjemi i 1996. Den resulterende fornyede interessen for nye former førte til oppdagelsen av ytterligere eksotiske allotroper, inkludert glassaktig karbon , og erkjennelsen av at " amorft karbon " er ikke strengt amorf .

Produksjon

Grafitt

Kommersielt levedyktige naturlige forekomster av grafitt forekommer mange steder i verden, men de viktigste kildene økonomisk er i Kina , India , Brasil og Nord -Korea . Grafittforekomster er av metamorf opprinnelse, funnet i forbindelse med kvarts , glimmer og feltspat i skifer, gneiser og metamorferte sandsteiner og kalkstein som linser eller vener , noen ganger med en tykkelse på en meter eller mer. Innskudd av grafitt i Borrowdale , Cumberland , England var først av tilstrekkelig størrelse og renhet til at blyanter ble laget helt fram til 1800 -tallet ved å sage blokker av naturlig grafitt i strimler før de omsluttet stripene i tre. I dag oppnås mindre forekomster av grafitt ved å knuse den opprinnelige bergarten og flyte den lettere grafitten ut på vann.

Det er tre typer naturlig grafitt - amorf, flak eller krystallinsk flak og vene eller klump. Amorf grafitt er den laveste kvaliteten og mest rikelig. I motsetning til vitenskap refererer "amorf" i industrien til svært liten krystallstørrelse i stedet for fullstendig mangel på krystallstruktur. Amorft brukes til grafittprodukter med lavere verdi og er den laveste grafitten. Store amorfe grafittforekomster finnes i Kina, Europa, Mexico og USA. Flake grafitt er mindre vanlig og av høyere kvalitet enn amorf; det forekommer som separate plater som krystalliserte seg i metamorf bergart. Flake grafitt kan være fire ganger prisen på amorf. Flak av god kvalitet kan bearbeides til utvidbar grafitt for mange bruksområder, for eksempel flammehemmere . De fremste forekomstene finnes i Østerrike, Brasil, Canada, Kina, Tyskland og Madagaskar. Vein eller klumpgrafit er den sjeldneste, mest verdifulle og høyeste kvalitetstypen naturlig grafitt. Det forekommer i vener langs påtrengende kontakter i faste klumper, og det blir bare kommersielt utvunnet på Sri Lanka.

I følge USGS var verdensproduksjonen av naturlig grafitt 1,1 millioner tonn i 2010, som Kina bidro med 800 000 tonn, India 130 000 tonn, Brasil 76 000 tonn, Nord -Korea 30 000 tonn og Canada 25 000 tonn. Ingen naturlig grafitt ble rapportert utvunnet i USA, men 118 000 tonn syntetisk grafitt med en estimert verdi på 998 millioner dollar ble produsert i 2009.

Diamant

Diamantforsyningskjeden kontrolleres av et begrenset antall mektige virksomheter, og er også sterkt konsentrert på et lite antall steder rundt om i verden (se figur).

Bare en veldig liten brøkdel av diamantmalmen består av faktiske diamanter. Malmen knuses, under hvilken man må passe på for å forhindre at større diamanter blir ødelagt i denne prosessen, og deretter blir partiklene sortert etter tetthet. I dag befinner diamanter seg i den diamantrike tetthetsfraksjonen ved hjelp av røntgenfluorescens , hvoretter de siste sorteringstrinnene utføres for hånd. Før bruk av røntgen ble vanlig, ble separasjonen utført med fettbelter; diamanter har en sterkere tendens til å holde seg til fett enn de andre mineralene i malmen.

Historisk sett var det kjent at diamanter bare fantes i alluviale forekomster i Sør -India . India ledet verden i diamantproduksjon fra oppdagelsestiden omtrent på 900-tallet f.Kr. til midten av 1700-tallet e.Kr., men det kommersielle potensialet til disse kildene var uttømt på slutten av 1700-tallet, og på den tiden ble India formørket av Brasil hvor de første ikke-indiske diamantene ble funnet i 1725.

Diamantproduksjon av primærforekomster (kimberlitter og lamproiter) startet først på 1870 -tallet etter oppdagelsen av diamantfeltene i Sør -Afrika. Produksjonen har økt over tid, og nå har det blitt utvunnet totalt 4,5 milliarder karat siden den datoen. Omtrent 20% av dette beløpet har blitt utvunnet bare de siste 5 årene, og i løpet av de siste ti årene har 9 nye gruver startet produksjonen mens 4 flere venter på å bli åpnet snart. De fleste av disse gruvene ligger i Canada, Zimbabwe, Angola og en i Russland.

I USA er det funnet diamanter i Arkansas , Colorado og Montana . I 2004 førte en oppsiktsvekkende oppdagelse av en mikroskopisk diamant i USA til bulkprøvetaking av kimberlittrør i januar 2008 i en avsidesliggende del av Montana .

I dag er de mest kommersielt levedyktige diamantforekomstene i Russland , Botswana , Australia og Den demokratiske republikken Kongo . I 2005 produserte Russland nesten en femtedel av den globale diamantproduksjonen, melder British Geological Survey . Australia har det rikeste diamantrøret med produksjon som når toppnivåer på 42 tonn (41 lange tonn; 46 korte tonn) per år på 1990 -tallet. Det finnes også drivverdige forekomster blir aktivt utvunnet i Northwest Territories av Canada , Sibir (for det meste i Yakutia område , for eksempel, Mir rør og Udachnaya rør ), Brasil, og i Northern og Western Australia .

applikasjoner

Blyanter for mekaniske blyanter er laget av grafitt (ofte blandet med leire eller syntetisk bindemiddel).

Karbon er avgjørende for alle kjente levende systemer, og uten det kunne livet som vi kjenner det ikke eksistere (se alternativ biokjemi ). Den største økonomiske bruken av annet karbon enn mat og tre er i form av hydrokarboner, særlig fossilt brensel metangass og råolje (petroleum). Råolje blir destillert i raffinerier ved den petrokjemiske industrien for fremstilling av bensin , parafin , og andre produkter. Cellulose er en naturlig, karbonholdig polymer produsert av planter i form av tre , bomull , lin og hamp . Cellulose brukes hovedsakelig for å opprettholde strukturen i planter. Kommersielt verdifulle karbonpolymerer av animalsk opprinnelse inkluderer ull , kashmir og silke . Plast er laget av syntetiske karbonpolymerer, ofte med oksygen- og nitrogenatomer inkludert med jevne mellomrom i hovedpolymerkjeden. Råvarene til mange av disse syntetiske stoffene kommer fra råolje.

Bruken av karbon og dets forbindelser er ekstremt variert. Det kan danne legeringer med jern , hvorav det vanligste er karbonstål . Grafitt kombineres med leire for å danne "blyet" som brukes i blyanter som brukes til å skrive og tegne . Det brukes også som smøremiddel og pigment , som støpemateriale i glassproduksjon , i elektroder for tørre batterier og ved galvanisering og elektroforming , i børster for elektriske motorer og som nøytronmoderator i atomreaktorer .

Kull brukes som tegnemateriale i kunstverk , grillgrilling , jernsmelte og i mange andre bruksområder. Tre, kull og olje brukes som drivstoff for produksjon av energi og oppvarming . Gem kvalitet diamant brukes i smykker, og industrielle diamanter brukes i boring, skjæring og polering verktøy for maskinering metaller og stein. Plast er laget av fossile hydrokarboner, og karbonfiber , laget av pyrolyse av syntetiske polyesterfibre , brukes til å forsterke plast for å danne avanserte, lette komposittmaterialer .

Karbonfiber lages ved pyrolyse av ekstruderte og strukkede filamenter av polyakrylonitril (PAN) og andre organiske stoffer. Den krystallografiske strukturen og de mekaniske egenskapene til fiberen avhenger av typen utgangsmateriale og den påfølgende behandlingen. Kullfibre laget av PAN har struktur som ligner smale filamenter av grafitt, men termisk behandling kan omorganisere strukturen til et kontinuerlig rullet ark. Resultatet er fibre med høyere spesifikk strekkfasthet enn stål.

Sot blir anvendt som det sorte pigment i trykking blekk , kunstnerens oljemaling og vannfarger, karbonpapir , Bilfinisher, India blekk og laserskriver toner . Kullsort brukes også som fyllstoff i gummiprodukter som dekk og i plastforbindelser . Aktivt kull anvendes som et absorberende og adsorberende i filtermaterialet i anvendelser så forskjellige som gassmasker , vannrensing og kjøkkenvifte hetter , og i medisin for å absorbere toksiner, gifter, eller gasser fra fordøyelsessystemet . Kull brukes i kjemisk reduksjon ved høye temperaturer. Koks brukes til å redusere jernmalm til jern (smelting). Herding av stål oppnås ved å varme opp ferdige stålkomponenter i karbonpulver. Karbider av silisium , wolfram , bor og titan er blant de hardeste kjente materialene og brukes som slipemiddel i skjære- og slipeverktøy. Karbonforbindelser utgjør de fleste materialene som brukes i klær, for eksempel naturlige og syntetiske tekstiler og lær , og nesten alle innvendige overflater i det bygde miljøet, bortsett fra glass, stein og metall.

Diamanter

Den diamantindustrien faller inn i to kategorier: en arbeider med perle-klasse diamanter og andre, med industrikvalitet diamanter. Selv om det eksisterer en stor handel med begge typer diamanter, fungerer de to markedene dramatisk ulikt.

I motsetning til edle metaller som gull eller platina , handler ikke edelstener som en vare : det er et betydelig påslag i salg av diamanter, og det er ikke et veldig aktivt marked for videresalg av diamanter.

Industrielle diamanter er hovedsakelig verdsatt for sin hardhet og varmeledningsevne, og de gemologiske kvaliteter av klarhet og farge er stort sett irrelevante. Omtrent 80% av de utvunnede diamantene (tilsvarer omtrent 100 millioner karat eller 20 tonn årlig) er uegnet for bruk ettersom edelstener henvises til industrielt bruk (kjent som bort ) . syntetiske diamanter , oppfunnet på 1950 -tallet, fant nesten umiddelbare industrielle applikasjoner; 3 milliarder karat (600  tonn ) syntetisk diamant produseres årlig.

Den dominerende industrielle bruken av diamant er kutting, boring, sliping og polering. De fleste av disse programmene krever ikke store diamanter; Faktisk kan de fleste diamanter av perlekvalitet bortsett fra den lille størrelsen brukes industrielt. Diamanter er innebygd i borespisser eller sagblad, eller males til et pulver for bruk ved sliping og polering. Spesialiserte applikasjoner inkluderer bruk i laboratorier som inneslutning for høytrykkseksperimenter (se diamantamboltcelle ), høytytende lagre og begrenset bruk i spesialiserte vinduer . Med de fortsatte fremskrittene innen produksjon av syntetiske diamanter, blir nye applikasjoner gjennomførbare. Å oppnå mye spenning er mulig bruk av diamant som halvleder egnet for mikrochips , og på grunn av sin eksepsjonelle varmeledningseiendom, som en kjøleribbe i elektronikk .

Forholdsregler

Rent karbon har ekstremt lav toksisitet for mennesker og kan håndteres trygt i form av grafitt eller kull. Det er motstandsdyktig mot oppløsning eller kjemisk angrep, selv i det sure innholdet i fordøyelseskanalen. Følgelig vil det sannsynligvis forbli der på ubestemt tid når det kommer inn i kroppens vev. Kullsort var sannsynligvis et av de første pigmentene som ble brukt til tatovering , og Ötzi ismannen ble funnet å ha karbon -tatoveringer som overlevde i løpet av livet og i 5200 år etter hans død. Innånding av kullstøv eller sot (carbon black) i store mengder kan være farlig, irritere lungevev og forårsake kongestiv lungesykdom , kullarbeiderens pneumokoniose . Diamantstøv som brukes som slipemiddel kan være skadelig ved svelging eller innånding. Mikropartikler av karbon produseres i dieselmotorens avgasser og kan samle seg i lungene. I disse eksemplene kan skaden skyldes forurensninger (f.eks. Organiske kjemikalier, tungmetaller) i stedet for selve karbonet.

Karbon har generelt lav giftighet for livet på jorden ; men karbon -nanopartikler er dødelige for Drosophila .

Kull kan brenne kraftig og lyst i nærvær av luft ved høye temperaturer. Store akkumuleringer av kull, som har forblitt inerte i hundrevis av millioner år i fravær av oksygen, kan spontant brenne når de utsettes for luft i kullgruveavfallstips, skipslastrom og kullbunkere og lagringsdumper.

I kjernefysiske applikasjoner der grafitt brukes som nøytronmoderator , kan det oppstå akkumulering av Wigner -energi etterfulgt av en plutselig, spontan frigjøring. Gløding til minst 250 ° C kan frigjøre energien trygt, selv om prosedyren i Windscale -brannen gikk galt og forårsaket at andre reaktormaterialer brant opp.

Det store utvalget av karbonforbindelser inkluderer slike dødelige giftstoffer som tetrodotoksin , lektin -ricin fra frø fra ricinusoljeanlegget Ricinus communis , cyanid (CN - ) og karbonmonoksid ; og slike livsnødvendige ting som glukose og protein .

Se også

Referanser

Bibliografi

Eksterne linker

Opiniones de nuestros usuarios

Ingrid Håland

Informasjonen som gis om Karbon er sann og veldig nyttig. Bra.

Renate Isaksen

Språket ser gammelt ut, men informasjonen er pålitelig og generelt gir alt som skrives om Karbon mye selvtillit.

Eva Fjeld

Fin artikkel fra Karbon.

Kristine Thomassen

Det er en god artikkel om Karbon. Den gir nødvendig informasjon, uten utskeielser.