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Kohlenstoff
ist in seinen chemischen Eigenschaften einzigartig, weil er mit sehr vielen
Elementen eine Verbindung eingeht. Die Zahl der Kohlenstoffverbindungen ist weit
aus größer als die Gesamtheit der Verbindungen, die von allen anderen
Elementen zusammmen untereinander eingegangen wird.
Die
größte Gruppe dieser Verbindungen ist die, die durch Kohlenstoff und
Wasserstoff gebildet wird.
Wir kennen ein Minimum von ungefähr 1 Million
organischen Verbindungen und mit jedem Jahr steigt diese Zahl noch.
Obgleich die Klassifikation nicht streng ist, ist Kohlenstoff in anorganischen
Verbindungen viel weniger vertreten als in organischen Substanzen.
Elementarer
Kohlenstoff kommt in zwei kristallinen Formen vor: Diamant
und Graphit. Andere Formen
mit wenig Kristallinität sind vegetativer
Kohlenstoff und Ruß. Chemisch reiner Kohlenstoff wird durch
thermische Zerstetzung von Zucker (Saccharose) in Abwesenheit von Luft erzeugt. Die
physikalischen und
chemischen Eigenschaften des Kohlenstoffs hängen von der kristallienen Struktur des
Elements ab.
Seine Dichte schwankt zwischen 2,25 g/cm³ für
Graphit und 3,51 g/cm³ für Diamanten.
Der Schmelzpunkt
des Graphits ist 3500 °C (6332 °F) und der extrapolierte Siedepunkt beträgt
4830 °C.
Elementarer Kohlenstoff ist eine inerte Substanz, die im Wasser, in verdünnten
Säuren und Basen sowie in organischen Lösungsmitteln unlöslich ist.
Bei hohen Temperaturen bindet er mit Sauerstoff und bildet Kohlenmonoxid oder
Dioxid. Bei Reaktion mit heißen Oxidationsmitteln wie Salpetersäure und
Kaliumnitrat entsteht Metiliksäure, C6 (Co2H)6.
Unter Halogenen reagiert nur Fluor mit elementarem Kohlenstoff. Eine
hohe Anzahl von Metallen reagiert
um Karbide zu bilden mit dem Element bei hohen Temperaturen.
Es
bildet drei gasförmige Verbindungen mit Sauerstoff: Kohlenmonoxid, Kohlendioxi
und Kohlenstoffsuboxid (C3O2).
Die zwei ersten Verbindungen sind nach industriellem Gesichtspunkt am
wichtigsten. Kohlenstoff bildet mit Halogenen viele Verbindungen der Art :
CX 4 - allgemeine Formel. X steht für Fluor,
Chlor, Brom
oder Jod.
Bei Umgebungstemperaturen ist nur Kohlenstoff-Tetrafluorid eine Flüssigkeit,
die anderen beiden Halogenverbindungen sind fest. Es gibt auch Misch-Kohlenstoff-Tetrafluoride. Als das wichtigste davon kann
Dichlorodifluoromethan
(CCl2F2)
angesehen werden- genannt "Freon".
Kohlenstoff
und seine Verbindungen sind weit in der Natur verbreitet. Schätzungsweise
bildet Kohlenstoff 0.032 % der Erdkruste. Freier Kohlenstoff wird in den grossen
Massen als Steinkohle gefunden, eine armorphe Form des Elements in Verbindung mit anderen
komplizierten Verbindungen
des Kohlenstoff-Wasserstoff-Stickstoffes. Reiner kristalliner
Kohlenstoff wird als Graphit und Diamant gefunden.
Grosse
Mengen an Kohlenstoff werden in Form von Verbindungen gefunden. Kohlenstoff ist
mit 0.03 % in Form von Kohlendioxid in der Luft Bestandteil der
Atmosphäre. Einige Mineralien,
wie Kalkstein, Dolomite, Gips und Marmor, enthalten Karbonate. Alle Pflanzen und
lebenden Tiere entstehen durch komplizierte organische Verbindungen, in denen
Kohlenstoff mit Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und anderen Elementen kombiniert
wird. Die Überreste von lebenden Pflanzen und Tieren bilden Ablagerungen: Erdöl, Asphalt und
Bitumen. Die Erdgaslagerstätten enthalten die Verbindungen,
die durch Kohlenstoff und Wasserstoff gebildet werden.
Als
freies Element hat Kohlenstoff eine Menge Anwendungen. Dazu gehören Dekorationszwecke
von
Diamanten in der Schmuckindustrie, dass Aufdampfen von schwarzer Pigmentfarbe für Felgen in der
Automobilindustrie
und der Gebrauch in Form von Druckertinte. Eine andere Form von Kohlenstoff,
der Graphit, wird für
Hochtemperaturtiegel, Trockenzellen und Lichtbogenelektroden, für Bleistiftspitzen und als Schmiermittel
benutzt. Vegetativer Kohlenstoff, eine armorphe Form des Kohlenstoffs wird als
Gasabsorbens und Bleichmittel genutzt.
Kohlenstoffverbindungen
haben viele Anwendungen. Kohlendioxid wird in der Getränke-Karbonisation, in
Feuerlöschern und in Festkörpern, sowie zu Kühlzwecken benutzt (Trockeneis).
Kohlenmonoxid wird als Reduktionsmittel in vielen metallurgischen Prozessen
benutzt. Karbontetrachlorid- und Carbondisulfid sind wichtige industrielle
Lösungsmittel.
Freon wird in Kühlsystemen benutzt. Kalziumkarbid wird benutzt, um Acetylen
herzustellen. Es wird eingesetzt beim Schweißen und Schneiden von Metallen, sowie für
die Herstellung anderer organischer Verbindungen. Andere metallische Karbide haben wichtige Anwendung als
hitzebeständige
Materialien und Metallschneider.
Elementarer
Kohlenstoff ist von sehr geringer Giftigkeit. Die
Gefährdungsdaten für die Gesundheit,
die hier dargestellt werden, basieren auf Aussetzungen
mit Ruß
nicht mit elementaren Kohlenstoff.
Chronisches Einatmen von Ruß kann zu temporärer
oder dauerhafter Schädigung der Lungen und des Herzes führen.
Staublungen entwickelten sich unter Arbeitern, die in der Produktion dem Ruß
ausgesetzt waren.
Es wurde auch
von Entzündungen der Haarfollikel und Mundschleimhautverletzungen
durch Rußaussetzung der Haut berichtet. Die Karzinogenität von Ruß wurde durch die internationale Behörde für Krebsforschung
(IARC) in die Gruppe 3 eingeordnet (die Verbindung ist nicht klassifizierbar
hinsichtlich seiner Karzinogenizität auf den Menschen).
Kohlenstoff
14 ist eines der Radionuklide, die an Atomwaffentest in der Atmosphäre
beteiligt waren, welche 1945 von den Amerikanern mit US-Test begannen und mit
Tests der Chinesen 1980 endeten. Kohlenstoff gehört zu den langlebigen
Radionukliden, die bisher und in folgenden Jahrzehnten und Jahrhunderten eine
erhöhte Krebsgefahr hervorrufen. Kohlenstoff 14 kann auch in die Gebärmutter
eindringen und organisch gebunden werden an sich noch entwickelnde Zellen, was zu einer erhöhten Gefährdung von Föten führen
kann.
Es
sind keine negativen Folgen für die Umwelt bekannt.
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