Kulstof

Kulstof Definition

nomen
flertal: carbon
car-bon, /ˈkɑɹbən/

(biokemi) Det kemiske grundstof med atomnummer 6, og er vidt udbredt og danner organiske forbindelser, når det kombineres med brint, ilt osv.

Etymologi: Latin carbō (“trækul”, “kul”). Symbol: C

Oversigt

Kulstof er et af de kemiske grundstoffer, der findes i naturen. Et kemisk grundstof henviser til det rene stof af en type atom. På nuværende tidspunkt er 94 naturlige grundstoffer, mens 24 er syntetiske. Kulstof er et af de mest almindelige grundstoffer i levende væsener sammen med ilt, brint og kvælstof.

Kulstofs egenskaber

Kulstof er det sjette grundstof i det periodiske system. Dets atomvægt er 12,011. Dens symbol er C. Dens sublimeringspunkt 3642 °C. Kulstof er et ikke-metal. Det har atomnummer 6. Det hører til gruppe 14 i det periodiske system. Det kan forekomme som et atom eller som et rent grundstof. Afhængigt af den strukturelle konfiguration varierer kulstoffets allotroper morfologisk set. Grafit er f.eks. uigennemsigtigt og sort, mens diamant er gennemsigtig. Kulstof er tetravalent, hvilket betyder, at det har en valens på fire elektroner. Det kan danne så mange forbindelser, at det omtales som grundstoffernes konge.

Opdagelse af kulstof

Kulstof er et polyatomisk ikke-metal, der undertiden betragtes som et metalloid grundstof. Det blev først opdaget af egypterne og sumererne (3750 f.Kr.)1 , men det blev først anerkendt som et grundstof af Antoine Lavoisier (1789)2.

Kulstofholdige stoffer

Kulstof er et af de hyppigst forekommende grundstoffer på Jorden. Det har tre naturligt forekommende isotoper: Kulstof-12, kulstof-13 og kulstof-14. Kulstof kan interagere med andre kulstofatomer og danne allotroper. Det kan også interagere med atomer eller grupper af atomer fra forskellige grundstoffer for at danne forbindelser. Kulstofholdige forbindelser kan klassificeres som organiske eller uorganiske.

Isotoper

Isotoper henviser til enhver af de to eller flere former af det samme grundstof. De har det samme antal protoner, men adskiller sig ved antallet af neutroner i deres kerner. Derfor adskiller de sig i atomart massetal. Ikke desto mindre udviser de næsten identiske kemiske egenskaber. Blandt de kulstofisotoper, der forekommer naturligt, er kulstof-12, kulstof-13 og kulstof-14. Kulstof-12 og kulstof-13 er stabile isotoper. Kulstof-14 er en radioisotop, dvs. en radioaktiv isotop. En radioisotop henfalder til andre grundstoffer ved en proces, der kaldes radioaktivt henfald. Processen sker, når den ustabile atomkerne i radioisotopen mister energi ved at udsende stråling. Kulstof-14 er en betastrålende radioaktivitet med en halveringstid på ca. 5,715 år. Det anvendes i vid udstrækning som sporstof ved undersøgelse af forskellige aspekter af stofskiftet. Denne naturligt forekommende isotop fra kosmisk strålebombardement kan bruges til at datere levn, der indeholder naturlige kulstofholdige materialer. Kulstof-11 er en syntetisk isotop; den er cyklotronproduceret. Det er en positronemitterende radioisotop af kulstof med en halveringstid på 20,3 minutter, der anvendes i positronemitterende tomografi.

Allotrope

En allotrope af et grundstof vedrører et af de mange stoffer, der dannes af kun én type grundstof. Allotroperne kan dog være forskellige med hensyn til struktur. F.eks. er kul, grafit og diamanter allotroper af kulstof. Selv om de kun består af én type grundstof, nemlig kulstof, er de forskellige med hensyn til deres fysiske egenskaber. Grafit er f.eks. uigennemsigtigt, mens diamant er gennemsigtig. Grafit er blødt, mens diamant anses for at være det hårdeste naturligt forekommende stof. Grafit er en god elektrisk leder, mens diamant ikke er en god elektrisk leder. Allotrope stoffer er dog ikke forbindelser, men rene grundstoffer.

Organiske forbindelser

Organiske forbindelser er oprindeligt defineret som de stoffer, der kun produceres af levende organismer. Denne definition blev dog senere anset for at være fejlagtig, da der findes stoffer, som kan produceres af både levende og livløse ting. Derfor blev en organisk forbindelse til sidst defineret som “en forbindelse, der indeholder kulstof, der er kovalent bundet til andre atomer”, især kulstof-kulstof (C-C) og kulstof-vandstof (C-H) (som i carbonhydrider). Der er mange måder at klassificere organiske forbindelser på. En af dem er baseret på, hvordan de er syntetiseret. En naturlig organisk forbindelse (eller blot en naturlig forbindelse) er en forbindelse, der produceres naturligt, f.eks. af planter eller dyr. En syntetisk organisk forbindelse (eller syntetisk forbindelse) er en organisk forbindelse, der er fremstillet ved kemiske manipulationer (kemiske reaktioner). Eksempler på naturlige organiske forbindelser er sukkerstoffer, enzymer, hormoner, lipider, antigener, fedtsyrer, neurotransmittere, nukleinsyrer, proteiner, peptider, aminosyrer, vitaminer, lektiner, visse alkaloider, terpenoider osv. Eksempler på syntetiske organiske forbindelser er syntetiske polymerer som f.eks. plast og gummi.

Uorganiske forbindelser

En generel beskrivelse af en uorganisk forbindelse er en forbindelse, der mangler kulstofatomer og arkaisk set ikke er produceret af en levende ting. Senere er det defineret som en forbindelse, der mangler C-C- og C-H-kovalente bindinger. Nogle af de kulstofholdige forbindelser, der identificeres som uorganiske, er carbonater, cyanider, cyanater, carbider, thiocyanater, carbonmonoxid og kuldioxid.

Kulstofkredsløbet

Kulstof er det fjerde hyppigste grundstof i universet efter grundstofferne hydrogen, helium og oxygen. Hvad angår jordskorpen, er kulstof det 15. hyppigst forekommende grundstof. Kulstof er således meget cirkuleret og omdannes fra en form til en anden. Kulstofkredsløbet er et af de biogeokemiske kredsløb, der forekommer på Jorden. Kulstof kredsløbet foregår gennem lithosfæren, hydrosfæren og atmosfæren.

I atmosfæren findes kulstof hovedsagelig i form af kuldioxid og metan. Disse to er de vigtigste faktorer, der er ansvarlige for drivhuseffekten. Kuldioxid anses for at være en vigtig drivhusgas, mere end metan. Koncentrationen af kuldioxid i atmosfæren er steget gennem årene, og en af de vigtigste faktorer, der har ført til denne stigning, er menneskelige aktiviteter, f.eks. forbrænding af fossile brændstoffer, betonfremstilling, skovrydning osv.

I terrestriske forhold er mængden af kulstof relativt konstant. Kulstof forekommer og er lagret i organismer (ca. 500 gigatons kulstof) og i jordbunden (ca. 1500 gigatons kulstof). Organisk kulstof udnyttes af levende organismer, især af fotoautotrofe organismer. Fotoautotrofe organismer som f.eks. planter og cyanobakterier bruger kuldioxid som en vigtig reaktant til at producere sukkerstoffer gennem fotosyntese. Da levende væsener består af kulstofbaserede forbindelser, nedbrydes de til mindre, enklere forbindelser ved nedbrydning, når de dør. Levende organismer udskiller eller udskiller også materiale, der betragtes som et organisk materiale (stof). Et organisk stof er enhver af de kulstofbaserede forbindelser, der findes i naturen. Dette organiske materiale fra levende væsener bliver en del af miljøet. Der er således en overflod af organisk materiale i økosystemet, f.eks. i jordbundens økosystem. Det bevæger sig ind i jorden eller i det almindelige vand, hvor det så tjener som næringskilde for levende organismer.
Ud over disse biogene kilder produceres kuldioxid fra andre naturlige kilder som f.eks. vulkaner, varme kilder og gejsere. Især vulkaner udleder ca. 0,2 til 0,3 milliarder tons kuldioxid om året. Carbonatbjergarter opløst i vand og syrer er også en kilde til kuldioxid. Kuldioxid opløses i forskellige vandmasser ved et tryk på over 5,1 atm. Det vender tilbage til atmosfæren som gas, når trykket falder.

Biologisk betydning

Kulstof anses ofte for at være grundlaget for livet på jorden på grund af dets kemiske egenskaber. I menneskekroppen er det det næsthyppigste grundstof i masse efter ilt. Kulstof udgør ca. 18,5 % af det voksne menneskes krop.

Se også

• Kovalent binding
• Organisk forbindelse
• Organisk stof
• Uorganisk forbindelse

Henvisning