Kol

Kol är grundämnet med atomnummer 6. Som rent material förekommer det i fyra olika former (allotroper): grafit, 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 växhusgas
kol(mon)oxid (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 grundämne, 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.

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 bindingar 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, även om den ger dock större fel, ju äldre materialet är, och därför knappast kan användas för föremål som är äldre än 40 000 år.

Former

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

Diamant är det hårdaste ämnet människan känner som förekommer i naturen. 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.

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 dem.

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