Kohlenstoff C

Entdeckung

Kohlenstoff ist seit der Vorgeschichte in Form von Ruß und Holzkohle bekannt, die frühe Menschen für Höhlenmalereien und zum Verhütten von Metallen nutzten. Im alten Indien wurden Diamanten hoch geschätzt. Was niemand wusste: Diese so unterschiedlichen Stoffe sind ein und dasselbe Element.

In den 1770er-Jahren zeigte Antoine Lavoisier, dass Diamant – genau wie Holzkohle – zu „fixer Luft“ verbrennt, dem Gas, das wir Kohlenstoffdioxid nennen. 1796 wies Smithson Tennant nach, dass gleiche Massen Diamant und Holzkohle dieselbe Menge Kohlenstoffdioxid liefern, und bewies damit, dass Diamant reiner Kohlenstoff ist. Graphit, lange für eine Form von Blei gehalten, erkannte Carl Wilhelm Scheele 1779 als Kohlenstoff.

Das 20. Jahrhundert brachte neue Formen ans Licht. Buckminsterfulleren, ein fußballförmiges C60-Molekül, wurde 1985 entdeckt und 1996 mit dem Nobelpreis gewürdigt. Kohlenstoffnanoröhren wurden 1991 ausführlich beschrieben, und 2004 isolierten Andre Geim und Konstantin Novoselov Graphen, eine einzelne Atomlage Graphit – dafür erhielten sie 2010 den Nobelpreis für Physik.

Herkunft des Namens

Der Name geht auf das lateinische carbo zurück, was Holzkohle oder Kohle bedeutet. Lavoisier nahm carbone 1789 in seine Liste der Elemente auf. Der deutsche Name Kohlenstoff bedeutet wörtlich „Stoff der Kohle“ und ist eine Lehnübersetzung des französischen Namens. Das Symbol ist C.

Wichtigste Verwendungen

• Energie: Kohle, Erdöl und Erdgas – allesamt kohlenstoffbasierte Brennstoffe – decken nach wie vor den größten Teil des weltweiten Energiebedarfs.
• Stahl: Schon geringe Mengen Kohlenstoff machen aus Eisen Stahl, und Koks dient zur Reduktion von Eisenerz.
• Werkstoffe: Graphit steckt in Bleistiften, Schmierstoffen und Batterieanoden; Kohlenstofffasern ergeben leichte, feste Sportgeräte und Flugzeugteile.
• Industrie: Diamanten schneiden und polieren harte Materialien; Aktivkohle reinigt Wasser und Luft.
• Chemie: Kunststoffe, Arzneimittel, Farbstoffe und Lösungsmittel sind organische, also kohlenstoffbasierte Verbindungen.

Isotope

Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope: Kohlenstoff-12 mit etwa 98,9 Prozent und Kohlenstoff-13 mit etwa 1,1 Prozent. Kohlenstoff-12 definiert die atomare Masseneinheit. Kohlenstoff-13 wird in der NMR-Spektroskopie und in Atemtests auf Magenentzündungen durch Bakterien eingesetzt.

Kohlenstoff-14 ist radioaktiv und hat eine Halbwertszeit von etwa 5.730 Jahren. Es entsteht ständig in der oberen Atmosphäre und gelangt in Lebewesen; nach dem Tod nimmt seine Menge gleichmäßig ab, sodass sich organische Überreste bis zu einem Alter von rund 50.000 Jahren datieren lassen. Willard Libby entwickelte diese Radiokarbonmethode und erhielt dafür 1960 den Nobelpreis für Chemie.

Im Alltag

Kohlenstoff macht etwa 18 Prozent der Masse des menschlichen Körpers aus. Pflanzen binden Kohlenstoffdioxid durch Photosynthese, Tiere geben es beim Atmen wieder ab. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat den Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre deutlich über das vorindustrielle Niveau steigen lassen und treibt so den Klimawandel an.

Kohlenstoffmonoxid, das bei unvollständiger Verbrennung entsteht, ist ein farb- und geruchloses Gift. Deshalb sind CO-Melder in Wohnungen mit Feuerstätten sinnvoll.