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Lexikon der Chemie: Kohlenstoff

Kohlenstoff, Symbol C, chem. Element aus der IV. Hauptgruppe des Periodensystems, der Kohlenstoff-Silicium-Gruppe, Nichtmetall; Z 6, Massenzahlen der stabilen Isotope 12 (98,89 %) und 13 (1,11 %) Atommasse 12,011 15; Wertigkeit IV, sehr selten II. Außer den stabilen Isotopen 12C und 13C kommt in der Natur das radioaktive Isotop 14C vor, dessen Kerne in hohen Atmosphärenschichten durch Einfang langsamer Neutronen aus Stickstoffkernen gebildet werden gemäß 147N(n;p)146C und mit einer Halbwertszeit von 5570 Jahren unter β-Emission wieder zu Stickstoff zerfallen. Die Bestimmung des 14C-Gehaltes archäologischer Funde organischen Materials ist eine wichtige Methode zur physikalischen Altersbestimmung. Die Masse eines Atoms des Kohlenstoffisotops 12C dient seit 1961 als Bezugsgröße zur Festlegung der relativen Atommassen.

Eigenschaften. Elementarer K. existiert in mehreren Modifikationen, als farbloser, kubischer Diamant, als grauer, hexagonal kristallisierender Graphit und in Form verschiedener Fulleren-Modifikationen (Fullerene). Graphit stellt die bei Zimmertemperatur thermodynamisch stabile Form des K. dar. Amorpher K. (Ruß, Holzkohle, Tierkohle, Aktivkohle) besteht hauptsächlich aus mikrokristallinem, stark gestörtem Graphit. Diamant wandelt sich bei niedrigen Temperaturen extrem langsam, oberhalb 1500 °C rasch in Graphit um. Der entgegengesetzte Prozeß, die Umwandlung von Graphit in Diamant, ist unter extremen Bedingungen ebenfalls möglich.

Seiner Position im Periodensystem entsprechend tritt K. bevorzugt kovalent vierbindig auf. Seine Fähigkeit, stabile C-H- und C-C-Bindungen zu bilden, zu langen Ketten und zu Ringen zusammenzutreten und mit anderen Elementen der 1. Achterperiode stabile Mehrfachbindungen einzugehen, verschafft dem K. seine Sonderstellung unter den Elementen (Kohlenstoff-Silicium-Gruppe). Erst bei erhöhter Temperatur verbrennt er abhängig von der Verfügbarkeit des Sauerstoff's zu Kohlenmonoxid CO oder Kohlendioxid CO2. Ebenfalls in der Hitze reagiert K. mit Schwefel zu Kohlendisulfid CS2, mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, mit Bor, Silicium und verschiedenen Metallen zu Carbiden. Mit Fluor bildet K. bereits bei Zimmertemperatur Kohlenstofftetrafluorid CF4, mit Chlor erfolgt erst in der Hitze Umsetzung, vor allem zu Hexachlorethan und Hexachlorbenzol.

Analytisches. Der qualitative Nachweis des K. erfolgt zweckmäßig durch Oxidation des Elements oder seiner Verbindungen zu CO2 oder Carbonaten.

Vorkommen. Vom Gesamtkohlenstoffgehalt der Erde (d. s. 0,12 % der Erdkruste) entfallen über 99,8 % auf mineralische Vorkommen einschließlich der Kohle, und etwa 0,001 % enthält die belebte Natur. Die wichtigsten Minerale sind Calciumcarbonat CaCO3 (Kalkstein, Kreide, Marmor), Magnesiumcarbonat MgCO3 (Magnesit), Calcium-Magnesiumcarbonat CaCO3 ·MgCO3 (Dolomit) und Eisencarbonat FeCO3 (Eisenspat).

Über Details zu Struktur und Verhalten sowie Gewinnung und Anwendung des K. Graphit und Diamant.

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