Was ist elementarer Kohlenstoff?
Das Element Kohlenstoff ist ein nichtmetallisches Material, das sechs Elektronen enthält. Holzkohle, eine Form von Kohlenstoff, wird seit prähistorischen Zeiten verwendet. Der Name Kohlenstoff kommt vom lateinischen Wort carbo, das Holzkohle bedeutet. Kohlenstoff kommt in organischen Stoffen wie Pflanzen und Tieren sowie in anorganischen Stoffen wie Mineralien und Erzen vor. Elementarer Kohlenstoff bezieht sich auf die anorganischen Formen von Kohlenstoff, die in kristalliner und amorpher Form vorliegen können.
Kristalline Formen haben elementare Kohlenstoffatome, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, während die Kohlenstoffatome in amorphen Formen keine regelmäßigen Muster haben. Die beiden kristallinen Formen von elementarem Kohlenstoff sind Diamanten und Graphit. Diamantkristallstruktur wird von jedem Kohlenstoffatom gebildet, wobei eine kovalente Bindung hergestellt wird, indem ein Elektronenpaar mit vier anderen Kohlenstoffatomen geteilt wird. Kovalente Bindungen sind die stärksten chemischen Bindungen, die der Menschheit bekannt sind. Diamanten sind die härtesten bekannten Substanzen und die am wenigsten flüchtigen mit einem Schmelzpunkt von 6,242 ° F (3,550 ° C).
Die Kristallstruktur von Graphit wird durch Kohlenstoffatome gebildet, die enge hexagonale Bindungen mit anderen Atomen in derselben Ebene und eine lockerere Bindung zwischen Atomen in verschiedenen Ebenen bilden. Eine lose Verbindung zwischen den Ebenen macht Graphit sehr weich und ermöglicht die Verwendung von Graphit als Schmiermittel. Im Gegensatz zu Diamanten ist Graphit ein guter elektrischer Leiter.
Vor 1955 stammten alle Diamanten aus natürlichen Vorkommen. Im Jahr 1955 haben Labortests gezeigt, dass durch Anwenden von hohem Druck und hoher Temperatur auf Graphit in Gegenwart eines Katalysators synthetische Diamanten erzeugt werden können. Synthetische Diamanten werden hauptsächlich für industrielle Zwecke verwendet.
Amorpher Kohlenstoff entsteht, wenn ein kohlenstoffhaltiges Material ohne ausreichend Sauerstoff verbrannt wird, um eine vollständige Verbrennung zu ermöglichen. Der dabei entstehende schwarze Kohlenstoff kann zur Herstellung von Trockenbatteriekernen, -tinten und -farben verwendet werden und ist ein kritisches Element bei der Herstellung von Gummiprodukten. Ruß entsteht auch als Nebenprodukt bei Waldbränden und unzureichender Verbrennung von Kraftstoffen in Kraftfahrzeugen, Produktionsstätten und bei der Stromerzeugung aus Kohle. Dieselkraftstoff erzeugt bei der Verbrennung mehr schwarzen Kohlenstoff als Benzin. Ruß kann sowohl Gesundheits- als auch Umweltprobleme verursachen.
Feinstaub, der gesundheitliche Probleme verursachen kann, ist amorpher elementarer Kohlenstoff. Asthma und chronische Bronchitis wurden mit Ruß in Verbindung gebracht, und es gibt Hinweise darauf, dass Ruß oder Ruß das Risiko für Emphysem und Lungenkrebs erhöhen können. Ruß ist auch ein Faktor für den Klimawandel. Da Schwarzkohlenstoff wochenlang in der Atmosphäre verbleibt und nicht wie Kohlendioxid jahrhundertelang in der Atmosphäre, wird die Verringerung der Schwarzkohlenstoffemissionen als eine der schnellsten Möglichkeiten angesehen, die Auswirkungen des globalen Klimawandels möglicherweise zu verringern.