N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.
De elementen Ieder scheikundig element heeft zijn eigen plek in het Periodiek Systeem. Ieder element heeft ook een bijzonder verhaal. Ook koolstof.
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/bvhw/files/2023/05/data100627187-911cc5.jpg)
Sommige elementen, daar ga je lang met een bocht omheen. Omdat ze zo alomtegenwoordig zijn, en omdat er zoveel over te vertellen valt. Maar het moet er eens van komen.
Waar begin je bij koolstof? Met zijn vier vrije elektronen in de buitenste schil kan dit element, in de omstandigheden die op aarde heersen, als geen ander een grote variatie aan stabiele verbindingen vormen, met onder meer zuurstof en waterstof. Vanwege die eigenschap is het een van de basiselementen van al het leven op aarde. Een menselijk lichaam bestaat voor zo’n 18 procent uit koolstof – alleen zuurstof heeft een groter aandeel, met 65 procent. Planten en algen nemen koolstofdioxide (CO2) op uit de lucht en zetten dat om in glucose (C6H12O6), waar ze energie uit kunnen halen om bijvoorbeeld te groeien. En voor de stevigheid bouwen ze andere, nog veel langere koolstofketens – cellulose en lignine – in hun celwanden in.
Dikke lagen sediment
Dan heb je de planten en algen die honderden miljoenen jaren geleden zijn vergaan, sindsdien zijn bedekt door dikke lagen sediment, en onder hoge druk zijn gecompacteerd. De mens haalt ze sinds anderhalve eeuw weer bovengronds, als kolen, olie of gas. Economie en welvaart zijn erdoor gegroeid, maar met de verbranding van deze koolstofverbindingen keert zóveel CO2 weer terug in de atmosfeer, dat de aarde er zorgwekkend snel van opwarmt.
Via met name de olie-industrie kom je dan bij de chemische tak die ons allerlei soorten plastics heeft gegeven. Ook dat zijn koolstofverbindingen. En ook hier botst het nut – slijtvast, makkelijk vormbaar, in allerlei kleuren te maken – inmiddels op de nadelen. Want plastic afval duikt inmiddels overal op aarde op.
Zo ga je als vanzelf denken aan andere, vaste koolstofarrangementen. Kristalstructuren, zoals het harde diamant. Al duizenden jaren bekend, verwerkt in sieraden en tegenwoordig gebruikt om harde materialen te slijpen, graveren, of te doorboren. Of neem het juist zachte grafiet, weer een andere kristalstructuur, en op grote schaal verwerkt in potloden en smeermiddelen.
Bekroond met Nobelprijzen
Grafiet is dan weer de gestapelde vorm van grafeen, een koolstofvelletje van één atoom dik. Voor het eerst gemaakt in 2003, en zeven jaar later al bekroond met de Nobelprijs voor Natuurkunde, mede omdat er zoveel toepassingen in het verschiet liggen. Dat geldt ook voor de bolvormige fullerenen, holle koolstofconstructies, die voor het eerst in 1985 zijn gemaakt (het ging toen om buckminsterfullereen, alias de buckybal, C60) en waaraan in 1996 de Nobelprijs voor Scheikunde werd toegekend.
Dan hebben we het nog niet gehad over de in de natuur voorkomende koolstofisotopen, 12C, 13C en 14C. De eerste is veruit de meest voorkomende, de laatste is de enige radio-actieve van de drie. Met een halfwaardetijd van bijna 6.000 jaar wordt dit isotoop in de archeologie gebruikt om tot 60.000 jaar oud organisch materiaal te dateren – in 1960 ging de Nobelprijs voor Scheikunde naar deze methode.
En dan is er nog de ontdekking van Antoine Lavoisier in 1772 dat houtskool en diamant dezelfde stof bevatten, die hij carbone noemde. Of het feit dat meer dan een miljoen koolstofverbindingen zijn beschreven. Of het gegeven dat ijzer waar een beetje koolstof aan is toegevoegd opeens voldoende stevigheid krijgt om er gebouwen en bruggen mee te maken…
