kol är ett Grupp 14-element och distribueras mycket i naturen. Det finns i överflöd i solen, stjärnor, kometer och atmosfärer på de flesta planeter. Kol är närvarande som koldioxid i atmosfären och upplöst i alla naturliga vatten. Det är en komponent av stenar som karbonater av kalcium (kalksten), magnesium och järn. Mars atmosfär är mycket tunn men det som finns innehåller cirka 95% CO2.

kol, petroleum och naturgas är främst kolväten. Kol är unikt bland elementen i det stora antalet olika föreningar som det kan bilda. Organisk kemi, en 1/112: e delmängd av oorganisk kemi, är studien av kol och dess föreningar. Medan kisel kan ta stället för kol för att bilda en mängd relaterade föreningar, är det för närvarande inte möjligt att bilda stabila föreningar med mycket långa kedjor av kiselatomer.

KOL finns fritt i naturen i tre allotropa former: amorf, grafit och diamant. Grafit är ett av de mjukaste kända materialen medan diamant är ett av de svåraste. Kol, som mikroskopiska diamanter, finns i vissa meteoriter. Naturliga diamanter finns i gamla vulkaniska ”rör” som finns i Sydafrika. Diamanter återvinns också från havsbotten utanför Cape of Good Hope.

en diamantring.

På senare tid upptäcktes en annan form av kol, buckminsterfullerene, C60. Denna form av kol är föremål för stort intresse för forskningslaboratorier idag.

rent kol finns i ett antal olika former (allotropes). Den vanligaste formen av rent kol är bisexuell grafit. Detta är också den termodynamiskt mest stabila formen. Diamant är en andra form av kol men är mycket mindre vanligt. Andra former av kol inkluderar fullerener. Medan diamant och grafit är oändliga gitter, fullerener såsom buckminsterfullerene, C60, är en diskret molekylär Art. Amorfa former av kol som sot och lampblack är material som består av mycket små partiklar av grafit.

de flesta grafiterna är grafit och har en skiktstruktur i vilken varje kol är direkt bundet till tre andra kolatomer på ett avstånd av 141,5 pm. Delokalisering i bindningen är uppenbar eftersom C-C-avstånden är lika och kortare än normala kol-kol-enkelbindningar (typcally 154 pm). Avståndet mellan skikten av kolatomer är 335,4 pm. I de flesta grafiter (Kubi-grafit) är atomskikten anordnade i en ABABAB… upprepa mode, men i form av en form (rhombohedral) stapling är ABCABCABC… även om kol-kol-avstånden och mellanskiktsavståndet förblir detsamma som i Kubi-formen. Skillnaden mellan entalpi och entalpi är mindre än 1 kJ mol – 1 (0,59 0,17 kJ mol-1. Former av de tyngre elementen som motsvarar grafit är inte kända och strukturerna av kisel, germanium och grå tenn är relaterade till diamantstrukturen (nedan).

Atomarrangemang i de vanligaste tilldelningarna av kol: kub-grafit.

eftersom diamant har en något mer kompakt struktur är densiteten större än grafitens. Diamantens utseende är välkänt och det är också ett av de hårdaste materialen som är kända. Liksom grafit är den relativt oreaktiv men brinner i luft vid 600-800 C. Varje kolatom är bunden till fyra grannar på ett avstånd av 154.45 pm på tetraedrisk sätt och så är varje diamantkristall en enda jätte gitterstruktur. I princip (och i praktiken!) grafit kan omvandlas till diamant genom applicering av värme och tryck. Enhetscellen av diamant är kubisk med A = 356,68 pm. Nästan alla diamanter har denna struktur men en mycket liten andel visar en sexkantig struktur relaterad till wurtzite och dessa kallas lonsdaleit.

kristallstrukturer av diamant.

nyligen karakteriserades en annan allotrope av kol. Medan diamant och grafit är oändliga gitter, buckminsterfullerene, C60, är en diskret molekylär Art. Buckminsterfullerenmolekylen är ett nät av 12 pentagoner och 20 hexagoner vikta i en sfär. Effekten är mycket lik lapptäcket av 12 femkantiga och 20 sexkantiga läderstycken som sys ihop utgör en föreningsfotboll (fotboll). Namnet buckminsterfullerene (eller buckyball myntades på grund av förhållandet mellan strukturen hos C60 och R. Buckminster Fullers geodetiska kupoldesigner. Buckminsterfullerene är nu kommersiellt tillgänglig och har också identifierats i interstellärt utrymme och sot.

C60, Buckminsterfullerene.

andra fullerener (slutna kolburar) som C60 och C84 är också kända och finns kommersiellt tillgängliga. Den minsta möjliga fulleren är dodecahedral C20, bestående av 12 pentagoner och inga hexagoner alls. Nanorör är relaterade till fullerener. De är rör som ger utseende av valsad grafit, även om de är gjorda av grafit. De är öppna ändar medan fullerener är stängda strukturer.

en intressant egenskap hos fullerener är deras förmåga att omsluta atomer som kalium och andra alkalimetaller för att göra endohedral strukturer betecknade som [email protected] antog International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) isotopen 12C som grund för atomvikter. Kol-14, 14C, en isotop med en halveringstid på 5730 år, används för att datera sådana material som trä, arkeologiska prover etc. Kol-13, 13C, är särskilt användbart för isotopmärkningsstudier eftersom det inte är radioaktivt, men är en spin I = 1/2-kärna och därför en bra NMR-kärna.