Kol

Den här artikeln handlar om grundämnet kol. För olika bergarter som benämns kol, se kol (bränsle). För andra betydelser, se Kol (olika betydelser).

Kol
Tecken C Atomnr. 6 Grupp 14 Period 2 Block p
Allmänt
Ämnesklass	icke-metaller
Densitet	2267 kg/m3 (273 K)
Hårdhet	0,5 (grafit) 10,0 (diamant)
Utseende	färglös (diamant) svart (grafit)
Atomens egenskaper
Atommassa	12,0107 u
Atomradie (beräknad)	70 (67) pm
Kovalent radie	77 pm
van der Waalsradie	170 pm
Elektronkonfiguration	[ He ]2s22p2
e– per skal	2,4
Oxidationstillstånd (O)	4, 2 (svagt sur)
Kristallstruktur	Hexagonal
Ämnets fysiska egenskaper
Aggregationstillstånd	fast
Magnetiska egenskaper	diamagnetisk
Smältpunkt	3 773 K (3550 °C) (grafit) 3823 K (3600 °C) (diamant)
Kokpunkt	5100 K (4 827 °C)
Molvolym	5,29 ·10-6 m3/mol
Ångbildningsvärme	355,8 kJ/mol
Smältvärme	(sublimerar) kJ/mol
Ångtryck	0
Ljudhastighet	18 350 m/s vid 293,15 K
Diverse
Elektronegativitet	2,55 (Paulingskalan)
Värmekapacitet	710 J/(kg·K)
Elektrisk ledningsförmåga	0,061·106 S/m (Ω−1·m−1)
Värmeledningsförmåga	129 W/(m·K)
1a jonisationspotential	1 086,5 kJ/mol
2a jonisationspotential	2 352,6 kJ/mol
3e jonisationspotential	4 620,5 kJ/mol
4e jonisationspotential	6 222,7 kJ/mol
5e jonisationspotential	37 831 kJ/mol
6e jonisationspotential	47 277,0 kJ/mol
Stabilaste isotoper
Isotop F % Halv.tid Typ Energi (MeV) Prod. 12C 98,9 % 12C, stabil isotop med 6 neutroner 13C 1,1 % 13C, stabil isotop med 7 neutroner 14C spår 5 730 år β- 0,156 MeV 14N
SI-enheter & STP används om ej annat angivits.

Kol (latin: carbo) är ett grundämne med atomnummer 6. Som rent material förekommer det i fem olika former (allotroper): grafit, grafen, diamant, fullerener och amorft kol. Livet vi känner är baserat på grundämnet kol. Av detta skäl kallas alla molekyler, där kol- och väteatomer ingår, för organiska. Icke-organiska ämnen är således de ämnen som innehåller vilket som helst av de över 110 övriga grundämnena, utom både kol och väte samtidigt. Trots detta känner vi idag till fler organiska ämnen än icke-organiska.

Det rena kolets egenskaper och dess användning beskrivs under respektive uppslagsord (se nedan). Grafit, diamant och stenkol bryts i gruvor. Alla allotroper av kol är kemiskt motståndskraftiga, men kan oxideras med syre eller halogener. Kol finns med några procents halt i de flesta sorters stål och järn. Kolet är då legerat i järnet och bidrar till järnets hårdhet.

Av de oorganiskt kemiska kolföreningarna kan speciellt nämnas:

• kiselkarbid (SiC) ett mycket hårt syntetiskt ämne som bland annat används som slipmedel,
• koldioxid (CO₂) spelar stor biologisk roll, och produceras när levande varelser andas, används för att få piff på läskedrycker och för viss eldsläckning, koldioxid är även en viktig växthusgas
• kolmonoxid (CO) en mycket giftig gas som produceras vid ofullständig förbränning, men som också används för ett stort antal tekniskt/kemiska processer, bland annat nickelframställning,
• karbonater (metall + CO₃^2-) av många former finns i naturen som mineral,
• cyanider (ämne + CN^-) är mycket giftiga eftersom de liksom kolmonoxid har förmågan att blockera hem-gruppen i hemoglobin, som därmed förhindras att uppta syre.

Kol är universums fjärde vanligaste atomslag. Endast väte, helium och syre är vanligare.

"Kol" är också en beteckning på ett antal bränslen i fast form (se kol (bränsle)), med en hög andel av grundämnet kol. Inget av dem utgörs dock av grundämnet i ren form, vilket ibland skapar viss begreppsförvirring på svenska. På de flesta andra språk har grundämnet och bränslet olika namn, exempelvis carbon (grundämnet) respektive coal (bränslet) på engelska och Kohlenstoff (grundämnet) respektive Kohle (bränslet) på tyska.

Historia

Diamant, grafit och förbränningskol har varit känt sedan urminnes tid, och man tros också ha känt till att de var olika former av ett och samma ämne. Engelsmannen John Dalton var dock den förste som 1803 förstod att kol var ett grundämne, ett resultat som inte publicerades förrän 1807. Den senast upptäckta formen (grafen) fick 2010 års nobelpris i fysik.

Orbitaler

Anledningen till att ämnet kol förekommer i en sådan mångfald av former är att dess elektronkonfiguration gör att det har exakt fyra valenselektroner. Dessa kan hybridiseras på tre olika sätt (sp³, sp² och sp), vilket betyder att kolatom kan bilda en enkel-, dubbel- eller trippelbindning till en annan kolatom. Kol kan därmed skapa extremt starka riktade kovalenta bindningar mellan atomer.

Isotoper

Kol har endast två stabila isotoper, kol-12 (vars massa atommassenheten u definierats utifrån) och kol-13. Av de radioaktiva isotoperna är kol-14 den klart viktigaste, eftersom dateringsmetoden C14-metoden baseras på dess sönderfall. Eftersom alla livsformer på jorden är kolbaserade, och kol-14 ständigt nybildas i atmosfären, så kommer det tas upp i allt levande och förhållandet mellan kol-14 och de stabila isotoperna kommer att vara någorlunda konstant under organismens livstid, med undantag för långlivade arter som träd (vilka å andra sidan kan användas för att kalibrera skalan). När organismen dör börjar kol-14 direkt sönderfalla till kväve. Eftersom kol-14:s halveringstid är 5730 år har det förutom att det ingår i alla levande organismer i någorlunda höga halter dessutom fördelen att det sönderfaller över en tidsskala som är lämplig för att mäta mänskliga aktiviteter, och är därför ett ovärderligt verktyg för arkeologer, dock blir den mindre precis, ju äldre materialet är, och därför knappast kan användas för föremål som är äldre än 40 000 år.

Former

Fasdiagram för Kol.

Kristallint kol antar ett flertal former, med kraftigt varierande egenskaper:

• Diamant är ett av de hårdaste ämnena människan känner till som förekommer naturligt. Det används därför som skärverktyg och i borrspetsar. Dessutom är den en ädelsten och används ofta i smycken.

• Grafit är kol ordnat i lager, där bindningarna i varje lager är mycket starka medan bindningarna mellan lagren är betydligt svagare. Detta gör att grafit används i både blyertspennor och som smörjmedel. Endast ett enkelt lager av grafit kallas grafen, ett ämne forskarna Andre Geim och Konstantin Novoselov utfört experiment med, experiment som belönade dem med Nobelpriset i fysik 2010.

• Fullerener är kolatomer formade i "bollar" eller rör, med ett flertal olika möjliga varianter av båda. Båda har intressanta egenskaper för nanoteknik, bland annat för att rören är extremt hållfasta samtidigt som den elektriska ledningsförmågan varierar mellan olika varianter av dem.

• Grafen är ett material som till stora delar har samma egenskaper och uppbyggnad som grafit. Till skillnad från grafit utgörs grafen av en ytterst tunn skiva, endast en atom tjock. Atomerna är ordnade i ett hexagonalt mönster vilket ger materialet ett antal unika egenskaper utöver de som delas med grafit. Grafen upptäcktes av Andre Geim och Konstantin Novoselov som fick Nobelpriset i fysik för upptäckten. Grafen är mycket speciellt på grund av att det är just en atom tjockt men kan ändå bära vikten av en katt ifall man formade ett "lakan" av det. Styrkan i materialet är 200 gånger den hos stål, dessutom har materialet en utmärkt förmåga att leda elektricitet.

Utöver de kristallina formerna förekommer rent kol i naturen i varierande blandningar av amorft och kristallint kol, till exempel som sot eller stenkol.

Galleri

• 

  Stiften i blyertspennor består av grafit

• 

  En solid kiselkarbidkristall (SiC)

• 

  Kol är basen i alla moderna plastprodukter

• 

  En oslipad diamant

Se även

Några kolalotroper: a) diamant; b) grafit; c) lonsdaleit; d–f) fullerener (C60, C540, C70); g) amorft kol; h) nanorör.

• Organisk kemi
• Kol (bränsle)
  • Antracit
  • Brunkol
  • Stenkol
  • Träkol
  • Koks
• C14-metoden
• Kolfiber
• Kolcykeln
• Amorft kol

Källor

• Nationalencyklopedin11. Bra Böcker. 1989. sid. 161. ISBN 91-7024-621-1 
• Sherwood, Martin (1990). Kemin, Grundämnen & föreningar. Bonniers. sid. 32. ISBN 91-34-50893-7 
• Alhgren, Lena (1995). Bonniers Lexikon. Bonnier Lexikon AB. sid. 130. ISBN 91-632-0046-5 

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Kol.
  Bilder & media
• Wiktionary har ett uppslag om kol.
  Ordbok