Koolstofatomen

Koolstofatomen zijn de bouwstenen van organische moleculen. Ze bevinden zich in het element koolstof, met atoomnummer 6 en symbool C. De belangrijkste isotopen in de natuur zijn 12C en 13C; 14C is radioactief en wordt gebruikt bij koolstofdatering. De elektronconfiguratie is [He] 2s2 2p2, en koolstof heeft een valentie van vier, waardoor het meestal vier covalente bindingen aangaat. Dit maakt koolstof bijzonder geschikt voor het vormen van lange, complexe moleculaire netwerken die de basis van organische chemie en biochemie vormen.

Allotroop bestaan koolstofatomen in verschillende vormen. Diamant heeft een kristallijn netwerk met sp3-hybridisatie, wat leidt tot hoge hardheid en slechte elektrische geleiding. Grafiet bestaat uit lagen van sp2-gebonden koolstofatomen; elektronen kunnen tussen de lagen bewegen, waardoor grafiet een geleider is en smeerbaar. Verder zijn er nano- en moleculaire vormen zoals fullerenen, grafeen en koolstofnanobuizen, die diverse eigenschappen opleveren voor materialenwetenschap en nanotechnologie.

Koolstof is in de kosmos overvloedig en ontstaat in sterren door kernfusie. Op aarde en in organismen speelt koolstof een centrale rol in biochemie en organische chemie: koolstofketens vormen de basis van suikers, aminozuren en lipiden. Isotopen 12C en 13C zijn stabiel; 14C is radioactief en wordt gebruikt voor datering. Door zijn vermogen om met veel elementen sterke bindingen aan te gaan, is koolstof een centraal element in chemie, biologie en materialenwetenschap.