Koolstof

Koolstof is een chemisch element met het symbool C en atoomnummer 6. Het is niet-metallisch en vierwaardig - er zijn vier elektronen beschikbaar om covalente chemische bindingen te vormen. Het behoort tot groep 14 van het periodiek systeem. Drie isotopen komen van nature voor, 12C en 13C zijn stabiel, terwijl 14C een radionuclide is en vervalt met een halfwaardetijd van ongeveer 5.730 jaar. Koolstof is een van de weinige elementen die sinds de oudheid bekend zijn.

Koolstof is het 15e meest voorkomende element in de aardkorst en het vierde meest voorkomende element bij massa in het universum na, waterstof, helium en zuurstof. Door de overvloed aan koolstof, de unieke diversiteit aan organische verbindingen en het ongebruikelijke vermogen om polymeren te vormen bij de temperaturen die op aarde vaak voorkomen, kan dit element dienen als een gemeenschappelijk element van al het bekende leven. Het is het op één na meest voorkomende element in het menselijk lichaam (ongeveer 18,5%) na zuurstof.

De koolstofatomen kunnen op verschillende manieren aan elkaar binden, wat resulteert in verschillende allotropen van koolstof. De bekendste allotropen zijn grafiet, diamant en buckminsterfullereen. De fysische eigenschappen van koolstof variëren sterk met de allotrope vorm. Zo is grafiet ondoorzichtig en zwart, terwijl diamant zeer transparant is. Grafiet is zacht genoeg om een ​​streep op papier te vormen (vandaar de naam, van het Griekse werkwoord "γράφειν" wat "schrijven" betekent), terwijl diamant het hardste natuurlijke materiaal is dat we kennen. Grafiet is een goede elektrische geleider, terwijl diamant een lage elektrische geleidbaarheid heeft. Onder normale omstandigheden hebben diamant, koolstofnanobuisjes en grafeen de hoogste thermische geleidbaarheid van alle bekende materialen. Alle koolstofallotropen zijn vaste stoffen onder normale omstandigheden, waarbij grafiet de meest thermodynamisch stabiele vorm is bij standaard temperatuur en druk. Ze zijn chemisch bestendig en vereisen een hoge temperatuur om zelfs met zuurstof te reageren.

De meest voorkomende oxidatietoestand van koolstof in anorganische verbindingen is +4, terwijl +2 voorkomt in koolmonoxide en overgangsmetaalcarbonylcomplexen. De grootste bronnen van anorganische koolstof zijn kalksteen, dolomiet en kooldioxide, maar er komen aanzienlijke hoeveelheden voor in organische afzettingen van steenkool, turf, olie en methaanclathraten. Koolstof vormt een groot aantal verbindingen, meer dan enig ander element, met tot nu toe bijna tien miljoen verbindingen, en toch is dat aantal slechts een fractie van het aantal theoretisch mogelijke verbindingen onder standaardomstandigheden. Om deze reden wordt koolstof vaak de "koning der elementen" genoemd.