Feiten Over Carbon

{h1}

Koolstof is het belangrijkste ingrediënt voor het grootste deel van het leven op aarde; het pigment dat de eerste tatoeages heeft gemaakt; en de basis voor technologische wonderen zoals grafeen.

Carbon is een ongelooflijk element. Schik koolstofatomen op één manier en ze worden zacht, plooibaar grafiet. Herschik het arrangement opnieuw, en - presto! - de atomen vormen diamant, een van de hardste materialen ter wereld.

Koolstof is ook het belangrijkste ingrediënt voor het grootste deel van het leven op aarde; het pigment dat de eerste tatoeages heeft gemaakt; en de basis voor technologische wonderen zoals grafeen, dat een materiaal is dat sterker is dan staal en flexibeler dan rubber. [Zie Periodiek systeem der elementen]

Koolstof komt van nature voor als koolstof-12, dat bijna 99 procent uitmaakt van de koolstof in het universum; koolstof-13, wat ongeveer 1 procent is; en koolstof-14, dat een minuscule hoeveelheid totale koolstof vormt maar erg belangrijk is bij het dateren van organische objecten.

Gewoon de feiten

  • Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 6
  • Atomic Symbol (op het periodiek systeem der elementen): C
  • Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 12.0107
  • Dichtheid: 2.2670 gram per kubieke centimeter
  • Fase bij kamertemperatuur: vast
  • Smeltpunt: 6.422 graden Fahrenheit (3.550 graden C)
  • Kookpunt: 6.872 F (3.800 C) (sublimatie)
  • Aantal isotopen: 15 totaal; twee stabiele isotopen, die atomen zijn van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen.
  • Meest voorkomende isotopen: koolstof-12 (6 protonen, 6 neutronen en 6 elektronen) en koolstof-13 (6 protonen, 7 neutronen en 6 elektronen)

Koolstof: van sterren tot leven

Als het zesde meest voorkomende element in het universum, vormt zich koolstof in de buik van sterren in een reactie die het drieletter-proces wordt genoemd, volgens het Swinburne Center for Astrophysics and Supercomputing.

In oudere sterren die het grootste deel van hun waterstof hebben verbrand, hoopt overgebleven helium zich op. Elke heliumkern heeft twee protonen en twee neutronen. Onder zeer hete temperaturen - meer dan 100.000.000 Kelvin (179.999.540.6 F) - beginnen de heliumkernen te fuseren, eerst als paren in onstabiele 4-proton-berylliumkernen en uiteindelijk wanneer voldoende berylliumkernen in het bestaan ​​knipperen, in een beryllium plus een helium. Het eindresultaat: Atomen met zes protonen en zes neutronen - koolstof.

Terwijl wetenschappers soms elektronen conceptualiseren rond een atoomkern in een gedefinieerde schaal, vliegen ze eigenlijk rond de kern op verschillende afstanden; deze weergave van het koolstofatoom is hier te zien in twee elektronwolkfiguren (onder), die de elektronen in een enkele blob (de zogenaamde s-orbitaal) en in een tweeklinkerige klodder of wolk (de p-orbitaal) tonen.

Terwijl wetenschappers soms elektronen conceptualiseren rond een atoomkern in een gedefinieerde schaal, vliegen ze eigenlijk rond de kern op verschillende afstanden; deze weergave van het koolstofatoom is hier te zien in twee elektronwolkfiguren (onder), die de elektronen in een enkele blob (de zogenaamde s-orbitaal) en in een tweeklinkerige klodder of wolk (de p-orbitaal) tonen.

Krediet: fysieke beoordeling B, DOI: 10.1103 / PhysRevB.80.165404

Carbon is een patroonmaker. Het kan zichzelf verbinden en lange, veerkrachtige ketens vormen die polymeren worden genoemd. Het kan zich ook met maximaal vier andere atomen binden vanwege zijn elektronenarrangement. Atomen zijn gerangschikt als een kern omgeven door een elektronenwolk, met elektronen die rondzwerven op verschillende afstanden van de kern. Chemici beschouwen deze afstanden als schelpen en definiëren de eigenschappen van atomen door wat zich in elke schaal bevindt, volgens de Universiteit van Californië, Davis. Carbon heeft twee elektronenschillen, waarbij de eerste twee elektronen vasthoudt en de tweede vier van de acht mogelijke plaatsen bevat. Wanneer atomen binden, delen ze elektronen in hun buitenste schil. Carbon heeft vier lege ruimtes in de buitenste schil, waardoor het zich kan binden aan vier andere atomen. (Het kan ook stabiel binden aan minder atomen door dubbele en driedubbele bindingen te vormen.)

Met andere woorden, koolstof heeft opties. En het gebruikt ze: bijna 10 miljoen koolstofverbindingen zijn ontdekt en wetenschappers schatten dat koolstof de sluitsteen is van 95 procent van de bekende verbindingen, volgens de website Chemistry Explained. Het ongelooflijke vermogen van Carbon om zich te verbinden met vele andere elementen is een belangrijke reden dat het cruciaal is voor bijna alle leven.

De ontdekking van Carbon gaat verloren voor de geschiedenis. Het element was bekend bij prehistorische mensen in de vorm van houtskool. Koolstof als steenkool is nog steeds wereldwijd een belangrijke bron van brandstof en levert wereldwijd ongeveer 30 procent van de energie op, volgens de World Coal Association. Steenkool is ook een belangrijk onderdeel van de staalproductie, terwijl grafiet, een andere vorm van koolstof, een algemeen industrieel smeermiddel is.

Carbon-14 is een radioactief isotoop van koolstof dat door archeologen wordt gebruikt om voorwerpen en overblijfselen te dateren. Carbon-14 is van nature in de atmosfeer aanwezig. Planten nemen het op in de ademhaling, waarin ze suikers die tijdens de fotosynthese zijn gemaakt, terugzetten in energie die ze gebruiken om te groeien en andere processen te behouden, volgens de Colorado State University. Dieren nemen koolstof-14 op in hun lichaam door planten of andere plantenetende dieren te eten. Carbon-14 heeft een halfwaardetijd van 5.730 jaar, wat betekent dat na die tijd de helft van de koolstof-14 in een monster wegsterft, volgens de Universiteit van Arizona.

Omdat organismen na de dood stoppen met koolstof-14, kunnen wetenschappers de halfwaardetijd van koolstof-14 gebruiken als een soort klok om te meten hoe lang het geleden is sinds het organisme stierf. Deze methode werkt op eenmaal levende organismen, inclusief objecten gemaakt van hout of ander plantaardig materiaal.

Wie weet?

  • Carbon dankt zijn naam aan het Latijnse woord carbo, wat 'kolen' betekent.
  • Diamanten en grafiet behoren tot de bekendste, hardste en zachtste natuurlijke materialen. Het enige verschil tussen de twee is hun kristalstructuur.
  • Koolstof vormt volgens de Encyclopedia of Earth 0,032 procent van de lithosfeer van de aarde (korst en buitenste mantel) naar gewicht.Een ruwe schatting van het gewicht van de lithosfeer door de geoloog David Smith van La Salle University is 300.000.000.000.000.000.000.000 (of 3 * 10 ^ 23) pond, wat het geschatte gewicht van koolstof in de lithosfeer 10.560.000.000.000.000.000.000 (of 1.056 * 10 ^ 22) pond maakt.
  • Koolstofdioxide (een koolstofatoom plus twee zuurstofatomen) vormt ongeveer 0,04 procent van de atmosfeer van de aarde, volgens de National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA) - een toename ten opzichte van pre-industriële tijden, vanwege het verbranden van fossiele brandstoffen.
  • Koolmonoxide (een koolstofatoom plus één zuurstofatoom) is een geurloos gas dat wordt geproduceerd door verbranding van fossiele brandstoffen. Koolmonoxide doodt door te binden aan hemoglobine, de zuurstofdragende verbinding in het bloed. Koolmonoxidebindingen met hemoglobine binden 210 keer sterker dan zuurstof aan hemoglobine, waardoor zuurstof effectief wordt verdrongen en de weefsels worden verstikt, volgens een artikel uit 2001 in het Journal of the Royal Society of Medicine.
  • Diamond, de meest flashiest versie van koolstof, wordt gevormd onder grote druk diep in de aardkorst. De grootste edelsteenkwaliteit die ooit werd gevonden, was de Cullinan-diamant, die in 1905 werd ontdekt volgens de Royal Collection Trust. De niet-geslepen diamant was 3.106,75 karaat. De grootste edelsteen uit de steen, op 530,2 karaat, is een van de kroonjuwelen van het Verenigd Koninkrijk en staat bekend als de Grote Ster van Afrika.
  • De tatoeages van Ötzi the Iceman, een 5.300 jaar oud lijk dat bevroren in de Alpen was gevonden, werden van koolstof ingekleurd, volgens een onderzoek uit 2009 in de Journal of Archaeological Science. Er werden kleine incisies in de huid gemaakt en houtskool ingesmeerd, misschien als onderdeel van een acupunctuurbehandeling.

Nog voortdurend onderzoek

Koolstof is een lang bestudeerd element, maar dat betekent niet dat er niet meer te ontdekken valt. In feite kan hetzelfde element dat onze voorhistorische voorouders verbrandden als houtskool de sleutel zijn tot de volgende generatie technische materialen.

In 1985 ontdekten Rick Smalley en Robert Curl van Rice University in Texas en hun collega's een nieuwe vorm van koolstof. Door grafiet met lasers te verdampen, creëerden de wetenschappers volgens de American Chemical Society een mysterieus nieuw molecuul gemaakt van pure koolstof. Dit molecuul bleek een voetbalbolvormige bol te zijn gemaakt van 60 koolstofatomen. Het onderzoeksteam noemde hun ontdekking de buckminsterfullerene naar een architect die geodetische koepels ontwierp. Het molecuul is nu beter bekend als de 'buckyball'. De onderzoekers die het ontdekten, hebben in 1996 een Nobelprijs voor de Scheikunde gewonnen. Buckyballs hebben de verspreiding van HIV geremd, volgens een studie die in 2009 in de Journal of Chemical Information and Modeling is gepubliceerd; medische onderzoekers werken eraan om medicijnen, molecuul voor molecuul, aan buckyballs te hechten om medicijnen direct aan te bieden aan infectieplaatsen of tumoren in het lichaam; dit omvat onderzoek door Columbia University, Rice University en anderen.

Sindsdien zijn andere nieuwe, zuivere koolstofmoleculen - fullerenen genaamd - ontdekt, waaronder elliptisch gevormde "buckyeggs" en koolstofnanobuisjes met verbazingwekkende geleidende eigenschappen. De koolstofchemie is nog steeds warm genoeg om Nobelprijzen te veroveren: in 2010 wonnen onderzoekers uit Japan en de Verenigde Staten er een om uit te zoeken hoe ze koolstofatomen aan elkaar kunnen koppelen met behulp van palladiumatomen, een methode die de vervaardiging van grote, complexe koolstofmoleculen mogelijk maakt, volgens bij de Nobel Foundation.

Wetenschappers en ingenieurs werken met deze koolstof nanomaterialen om materialen te bouwen rechtstreeks uit science-fiction. Een paper uit 2010 in het tijdschrift Nano Letters rapporteert de uitvinding van flexibel, geleidend textiel ondergedompeld in een koolstofnanobuis "inkt" die kan worden gebruikt om energie op te slaan, misschien de weg vrijmakend voor draagbare batterijen, zonnecellen en andere elektronica.

Misschien is een van de meest populaire gebieden in koolstofonderzoek tegenwoordig het "wonderbaarlijke" grafeen. Grafeen is een koolstoflaag van slechts één atoom dik. Het is het sterkste materiaal dat bekend is terwijl het nog steeds ultralicht en flexibel is. En het geleidt elektriciteit beter dan koper.

Massaproductie van grafeen is een uitdaging, hoewel onderzoekers in april 2014 meldden dat ze grote hoeveelheden konden maken met alleen een keukenmixer. Als wetenschappers erachter kunnen komen hoe veel grafeen gemakkelijk kunnen worden gemaakt, kan het materiaal enorm worden in technologie. Stelt u zich flexibele, onbreekbare gadgets voor die ook flinterdun zijn. Koolstof is inderdaad ver verwijderd van houtskool en diamanten.

Koolstof nanobuisjes

Een koolstof nanobuis (CNT) is een minuscule, stroachtige structuur gemaakt van koolstofatomen. Deze buizen zijn uitermate geschikt voor een breed scala aan elektronische, magnetische en mechanische technologieën. De diameters van deze buizen zijn zo klein dat ze in nanometers worden gemeten. Een nanometer is één miljardste van een meter - ongeveer 10.000 keer kleiner dan een mensenhaar.

Koolstofnanobuizen zijn minstens 100 keer sterker dan staal, maar slechts een zesde zo zwaar, dat ze volgens bijna alle materialen kracht kunnen toevoegen, aldus nanoScience Instruments. Ze zijn ook beter dan koper bij het geleiden van elektriciteit en warmte.

Nanotechnologie wordt toegepast op de zoektocht om zeewater in drinkwater te veranderen. In een nieuwe studie hebben wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) een koolstof nanobuisje ontwikkeld dat het zout veel efficiënter uit het zeewater kan halen dan traditionele technologieën.

Traditionele ontziltingsprocessen pompen bijvoorbeeld onder hoge druk in zeewater en sturen het door membranen met omgekeerde osmose. Deze membranen verwerpen vervolgens alle grote deeltjes, inclusief zouten, waardoor alleen schoon water kan passeren.Deze ontziltingsinstallaties zijn echter erg duur en kunnen volgens LLNL slechts ongeveer 10 procent van de waterbehoeften van een county verwerken.

In de nanobuisstudie bootsten de wetenschappers de manier na waarop biologische membranen zijn gestructureerd: in wezen een matrix met poriën in het membraan. Ze gebruikten nanobuisjes die bijzonder klein waren - meer dan 50.000 keer dunner dan een mensenhaar. Deze kleine nanobuisjes zorgen voor een zeer hoge flux van water, maar zijn zo smal dat slechts één watermolecule per keer door de buis kan gaan. En belangrijker nog, de zoutionen zijn te groot om door de buis te passen.

De onderzoekers denken dat de nieuwe ontdekking belangrijke implicaties heeft voor de volgende generatie van zowel waterzuiveringsprocessen als high-flux-membraantechnologieën.

Aanvullende rapportage door Traci Pedersen, medewerker van WordsSideKick.com.

Volg Stephanie Pappas op tjilpen en Google+. Volg ons @wordssidekick, Facebook & Google+.

Meer informatie over koolstof:

  • Jefferson Lab: The Element Carbon
  • NASA Earth Observatory: The Carbon Cycle
  • Smithsonian Institution: All About Carbon and Diamonds


Video Supplement: Feiten en fabels over koolmonoxide.




Onderzoek


Deadly Oklahoma Twister Ends Slow Start To Tornado Season
Deadly Oklahoma Twister Ends Slow Start To Tornado Season

Nasa-Video Legt Prachtige Vulkaanuitbarsting Vast Vanuit De Ruimte
Nasa-Video Legt Prachtige Vulkaanuitbarsting Vast Vanuit De Ruimte

Science Nieuws


Zijn Er Higgs-Bosonen In De Ruimte?
Zijn Er Higgs-Bosonen In De Ruimte?

Surprising Sea Slug Is Half-Plant, Half-Animal
Surprising Sea Slug Is Half-Plant, Half-Animal

Is April Per Maand Vatbaar Voor Massale Geweld?
Is April Per Maand Vatbaar Voor Massale Geweld?

The Truth About Food Additive Bha
The Truth About Food Additive Bha

Romance: Hier Zijn De Beste (En Slechtste) Staten Voor Liefde
Romance: Hier Zijn De Beste (En Slechtste) Staten Voor Liefde


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com