Karbon

Karbon eller kullstoff er et ikke-metallisk grunnstoff med kjemisk symbol C og atomnummer 6. Fra naturens side er det tre ulike isotoper, hvor 12C og 13C er stabile, mens 14C er radioaktivt, med en halveringstid på omtrent 5730 år. Karbon er et av få grunnstoffer som har vært kjent siden oldtiden.

Karbon forekommer i flere ulike allotropiske tilstander, hvor de best kjente er grafitt, diamant og amorft karbon. De fysiske egenskapene for karbonet i dets ulike allotropiske tilstander er meget ulike: for eksempel er diamant i høy grad transparent, mens grafitt har høy opasitet, og er sort; diamant er et av de hardeste materialene man kjenner, grafitt er bløtt nok til å danne streker på papir (derav dets navn, som er avledet fra det greske ordet for «å skrive»); diamant har lav elektrisk ledningsevne, grafitt er en utmerket elektrisk leder. Under normale forhold har diamant den høyeste varmeledningsevnen av alle kjente materialer.

Karbon er det 15. mest vanlige grunnstoffet i jordskorpen, og det fjerde mest vanlige grunnstoffet i universet målt i masse, etter hydrogen, helium og oksygen. Karbon eksisterer i alle kjente livsformer, og er det grunnstoffet man finner nest mest av i menneskekroppen målt i masse (omtrent 18,5 %), etter oksygen.

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 brente 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 at 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.

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 til stede i nesten ti millioner 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. «Hvis det ikke var for karbon, ville livet slik vi kjenner det, ikke vært mulig», skriver Paul Davies. Det er det femtende mest vanlige grunnstoffet, men karbonatomene utgjør ingen stor del av oss. Av 200 atomer i en menneskekropp, vil 126 være hydrogen, 51 vil være oksygen og bare 19 karbon.

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

 Diamant (karbon 13-diamantene) er det hardeste naturlige stoffet. 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.
 Lonsdaleitt er et mineral som kan bli dannet når grafittholdige meteoritter treffer bakken. 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.

Isotoper 
Naturlig forekommende karbon består av 2 stabile isotoper: 12C (98,93%) og 13C (1,07%). I tillegg finnes det små mengder av den ustabile, og dermed radioaktive 14C (0.0000000001%). 14C blir dannet høyt oppe i atmosfæren. Dette skjer ved at kosmisk stråling danner nøytroner som igjen reagerer med nitrogenatomer slik at man får 14C. Reaksjonen ser slik ut.

1n + 14N → 14C + 1H

Det finnes også 12 kunstig fremstilte isotoper. Den mest stabile er 11C med halveringstid 20,39 minutter. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 20 sekunder, og de fleste kortere enn 1 sekund.

CAS-nummer: 7440-44-0

Forekomst 
Karbon er det fjerde mest utbredte grunnstoffet i universet målt i masse, etter hydrogen, helium og oksygen. Man finner karbon i solen, stjerner, kometer, samt i de fleste planeters atmosfærer. Enkelte meteoritter inneholder mikroskopiske diamanter, dannet da solsystemet enda var en protoplanetarisk skive. Mikroskopiske diamanter kan også dannes under intenst trykk og ved høye temperaturer på nedslagssteder etter meteorittnedslag.

I kombinasjon med oksygen, i den kjemiske forbindelsen karbondioksid, finner man karbon i jordens atmosfære (anslagsvis 810 gigatonn med karbon) og oppløst i vann i alle typer vannlegemer, som i hav, innsjøer og elver (anslagsvis 36 000 gigatonn med karbon, omtrent 1900 gigatonn karbon befinner seg i biosfæren. Hydrokarboner, som kull, olje og naturgass, inneholder også karbon.

Karbon forekommer naturlig i ren form (diamant og grafitt), og finnes i mange mineraler og i utallige kjemiske forbindelser.

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, på grunn av sin unike evne til å lede varme.

Se også 
 Diamant
 Grafitt
 Kull
 Karbondatering

Referanser

Eksterne lenker 
 Superstoffet karbon - Interaktiv multimedia fra forskning.no 31.3.05

Grunnstoffer
1000 artikler enhver Wikipedia bør ha