karbon

Karbon har ei viktig rolle i alle kjemiske sambindingar som vi forbind med liv. Karbon har ei sentral rolle i fotosyntesen, den viktigaste kjemiske reaksjonen for liv på jorda. Alt liv er dermed avhengig av karbon.

I organismar finst karbon i form av talrike forskjellige organiske sambindingar, til dømes DNA, protein, feitt og karbohydrat. Glukose er eit karbohydrat som kroppen vår kan få energi frå ved å forbrenne gjennom glykolysen. Menneskekroppen består av cirka 17 masseprosent karbon.

Det totale karboninnhaldet i plantar og dyr blir anslått til 270 milliardar tonn.

Karbon inngår i fleire mineral, for det meste karbonat (til dømes kalkstein, CaCO₃). Til saman utgjer karbon 0,032 masseprosent av jordskorpa. Luft inneheld 0,04 volumprosent karbondioksid, og innhaldet er aukande.

Vatn løyser store mengder karbondioksid, både i form av løyst karbondioksid i gassform og som hydrogenkarbonat (\(\ce{HCO3^{-}}\)). Det gjennomsnittlege karboninnhaldet i havvatn er 0,005 masseprosent, som svarar til eit totalt karboninnhald på 27 000 milliardar tonn.

I grafén er karbonatoma bunde i eit todimensjonalt plant nett, omtrent som hønsenetting. Grafén vart først framstilt i 2004 og har vist seg å ha mange interessante eigenskapar både mekanisk og elektronisk. Dei som framstilte grafén vart tildelt Nobelprisen i fysikk i 2010.

I grafitt er desse netta stabla oppå kvarandre.

I diamant er kvart karbonatom bunde til fire andre karbonatom.

Sot er ei amorf form av karbon. I sot finst òg molekylsambindingar av karbon. Dei blir kalla fullerener. Det enklaste er C₆₀, buckminsterfulleren, som har form som ein fotball. Dei som fann dei første fullerenane, vart tildelt Nobelprisen i kjemi i 1996.

Ei mellomform mellom grafén og fulleren er nanorør, som vart framstilt første gong i 1991. Også kjegler av karbonatom er framstilt.

Karbon har seks proton og seks nøytron i kjernen, og seks elektron som svirrar rundt. Elektrona til karbonatomet er fordelte på to skal. På alle atom har skalet som er inst, plass til to elektron. Det neste skalet kan fyllast opp med åtte elektron. Karbonatomet bruker berre fire av desse åtte plassane. Det har altså fire «ledige» plassar i det yste skalet, noko som gjer at karbon kan danne ulike kjemiske sambindingar med andre grunnstoff.

Karbonatomet bind seg til andre atom ved kovalente bindingar. Karbonatom dannar bindingar til dei fleste grunnstoffatom. Det finst fleire sambinding av karbon enn av noko anna grunnstoff, unnateke hydrogen.

Karbonatom kan danne ulike strukturar:

• Kjeder og ringjer der kvart karbonatom er bunde til to andre karbonatom.
• Plane nett der kvart karbonatom er bunde til tre andre karbonatom.
• Tredimensjonale strukturar der kvart karbonatom er bunde til fire andre karbonatom.

Sambindingar der eitt eller fleire karbonatom er bunde til hydrogenatom er sentrale i organisk kjemi. Sambindingar mellom karbon og hydrogen heiter hydrokarbon. Sambindingar mellom karbon, hydrogen og oksygen heiter karbohydrat.

Karbon har elektronegativitet 2,5, noko som er midt mellom dei minst elektronegative grunnstoffa (alkalimetalla), som har elektronegativitet 1,0, og dei mest elektronegative grunnstoffa (halogena), som har elektronegativitet 4,0.

Karbon blir løyst i mange metall (til dømes jern og titan) i fast tilstand, og dessutan i metallsmeltar.

Binære sambinding av karbon blir kalla karbidar. Det mest kjende dømet er kalsiumkarbid (CaC₂) som reagerer med vatn og gir acetylen.

Med silisium, som er eit meir elektronegativt grunnstoff, dannar karbon silisiumkarbid (SiC) som ikkje reagerer med vatn, er svært hardt og har eit høgt smeltepunkt.

Moglege oksidasjonstal for karbon er +II, +IV og –IV. I uorganiske sambindingar, som karbonat, er +IV det vanelegaste. Med dei mest elektropositive grunnstoffa dannar karbon karbidar med oksidasjonstal –IV.

Karbon i naturen består av to stabile isotopar: ¹²C (98,89 prosent) og ¹³C (1,11 prosent). Karbon finst dessutan som ein radioaktiv isotop: ¹⁴C (10^–10 prosent).

Atommasseeininga u er definert ut frå isotopen ¹²C, som er sett til nøyaktig lik 12 u, og massen av alle andre isotopar er gitt ut frå denne massen.

Det er kjent ni framstilte, radioaktive karbonisotopar. Isotopen ¹⁴C har halveringstid på 5736 år. Dette vert nytta både som radioaktivt sporgrunnstoff og til aldersfastsetjing av karbonholdig materiale, såkalla C-14-datering. ¹⁴C blir danna i den øvre delen av atmosfæren ved at nøytron frå kosmisk stråling bombarderer nitrogenatom:

\[\ce{^{14}N + ^1N = ^{14}C + ^1H}\]

Ved reaksjon med oksygen dannar ¹⁴C-isotopen ¹⁴CO₂. Dette «merka» karbondioksidet blir oppteke av plantar og tre saman med vanleg karbondioksid. Ved å måle kor stor delen av ¹⁴CO₂ er, kan alderen av plantane og trea blir bestemde, såkalla C-14-datering.