Wat is elementaire koolstof?
Het element koolstof is een niet-metalen materiaal dat zes elektronen bevat. Houtskool, een vorm van koolstof, wordt al sinds de prehistorie gebruikt. De naam koolstof komt van het Latijnse woord carbo wat houtskool betekent. Koolstof kan worden gevonden in organisch materiaal zoals planten en dieren, en in anorganische materialen zoals mineralen en ertsen. Elementaire koolstof verwijst naar de anorganische vormen van koolstof die in kristallijne en amorfe vormen kunnen worden gevonden.
Kristallijne vormen hebben elementaire koolstofatomen gerangschikt in een regelmatig patroon, terwijl de koolstofatomen in amorfe vormen geen regelmatige patronen hebben. De twee kristallijne vormen van elementaire koolstof zijn diamanten en grafiet. Kristallijne diamantstructuur wordt gevormd door elk koolstofatoom dat een covalente binding creëert door een paar elektronen te delen met vier andere koolstofatomen. Covalente bindingen zijn de sterkste chemische bindingen die de mensheid kent. Diamanten zijn de moeilijkst bekende stoffen en het minst vluchtig met een smeltpunt van 6,242 ° F (3.550 ° C).
De kristallijne structuur van grafiet wordt gevormd door koolstofatomen die nauwe hexagonale bindingen creëren met andere atomen in hetzelfde vlak en een lossere binding tussen atomen in verschillende vlakken. Een losse binding tussen vlakken maakt grafiet erg zacht en maakt het mogelijk om grafiet als smeermiddel te gebruiken. In tegenstelling tot diamanten is grafiet een goede elektrische geleider.
Vóór 1955 kwamen alle diamanten uit natuurlijke afzettingen. In 1955 toonden laboratoriumtests aan dat het toepassen van hoge druk en temperatuur op grafiet in aanwezigheid van een katalysator synthetische diamanten kon creëren. Synthetische diamanten worden meestal gebruikt voor industriële doeleinden.
Amorfe koolstof wordt gevormd wanneer een materiaal dat koolstof bevat wordt verbrand zonder voldoende zuurstof om volledige verbranding mogelijk te maken. De resulterende zwarte koolstof kan worden gebruikt om droge-celbatterijkernen, inkten, verven te maken en is een cruciaal element bij de productie van rubberproducten. Zwarte koolstof is ook het bijproduct van bosbranden en onvoldoende verbranding van brandstoffen in auto's, fabrieken en op kolen gebaseerde elektrische opwekking. Dieselbrandstof produceert meer zwarte koolstof dan benzine tijdens de verbranding. Zwarte koolstof kan zowel gezondheidsproblemen als milieuproblemen veroorzaken.
Een fijne deeltjesvormige stof die gezondheidsproblemen kan veroorzaken is amorfe elementaire koolstof. Astma en chronische bronchitis zijn in verband gebracht met zwarte koolstof en er zijn aanwijzingen dat zwarte koolstof of roet het risico op emfyseem en longkanker kan verhogen. Zwarte koolstof speelt ook een rol bij de klimaatverandering. Omdat zwarte koolstof weken in de atmosfeer blijft in plaats van de eeuw waarin koolstofdioxide dat doet, wordt het verminderen van zwarte koolstofemissies gezien als een van de snelste manieren om de effecten van wereldwijde klimaatverandering mogelijk te verminderen.