Koolstofionen

Koolstofionen zijn geladen deeltjes die koolstof bevatten. Ze ontstaan wanneer koolstofatomen elektronen verliezen of juist extra elektronen opnemen, zodat het netto elektrische lading heeft. Koolstofionen kunnen monoatomair zijn, zoals C+, C2+, C3+, maar ook moleculaire ionen die koolstof bevatten, zoals CO+, CN+, of grotere koolstofdragende ionen. Negatieve koolstofionen bestaan ook, al komen ze minder vaak voor onder veel omstandigheden.

Vormen en voorkomen

Koolstofionen ontstaan in uiteenlopende contexten. In laboratoria worden ze vaak geproduceerd door ionisatie van koolstofhoudende moleculen of gassen via electron impact, ná ionisatie door chemische ionisatie of laser-desorptie/laser-ionisatie. In plasmas, zoals in楽しende bijvoorbeeld sputtering of fusie- en halfgeleiderprocessen, ontstaan koolstofionen door verlies of winst van elektronen in energetische omgevingen. In de ruimte spelen koolstofionen een belangrijke rol in spectroscopie en astrochemie: ionisatie vindt plaats door straling, kosmische straling of collisies, waardoor lijnen van C+, CO+ en soortgelijke ionen in de spectra te zien zijn.

Toepassingen en belang

Koolstofionen zijn cruciaal voor massa­spectrometrie, omdat het mass-to-charge-ratio van ionen bepalend is voor de detectie en identificatie van koolstofbevattende verbindingen. Ze worden gebruikt in astrochemie om koolstofhoudende moleculen in interstellaire media en sterren te volgen. In de industrie spelen koolstofionen een rol bij ionenimplantatie en plaataanbreng in plasmaprocessen, en in materiaalonderzoek bij de karakterisering van koolstofhoudende materialen.

Eigenschappen

De belangrijkste eigenschappen van koolstofionen zijn hun draaglading en hun massa, wat bepaalt hun m/z-waarde in massaspectrometrie. De eerste ionisatie-energie van koolstof ligt rond 11,3 eV, en de mogelijkheid tot het vormen van zowel positieve als minder vaak negatieve ionen hangt af van de specifieke toestand en omgeving. Isotopen van koolstof (zoals 12C en 13C) dragen bij aan kleine verschuivingen in de massespectrometrische pieken.