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Kohlenstoff

Kohlenstoff ist ein chemisches Element aus der Gruppe der Nichtmetalle und einer der wichtigsten Grundbausteine des Lebens auf der Erde. Er kommt in der Natur unter anderem in allen Lebewesen, im Graphit, im Diamant, im Erdöl, im Erdgas und in der Kohle vor. Kohlenstoff geht zahlreiche Bindungen mit sich selbst und anderen Atomen ein und ist in fast allen pharmazeutischen Wirkstoffen enthalten.

synonym: C, Carbon, Carboneum

Produkte

Kohlenstoff ist in der Pharmazie von herausragender Bedeutung, weil er in der Mehrzahl der pharmazeutischen Wirkstoffe und in den Drug Targets enthalten ist.

Aktivkohle, welche in Apotheken und Drogerien unter anderem als Reinstoff, als Suspension oder in Form von Kapseln erhältlich ist, besteht vorwiegend aus dem Element.

Kohlenstoff, zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki

Struktur und Eigenschaften

Kohlenstoff (C, Ordnungszahl 6) ist ein chemisches Element und ein Nichtmetall mit vier Valenzelektronen.

Es liegt in der Natur in verschiedenen Kristallmodifikationen vor. Graphit ist ein weicher, grauschwarzer Festkörper, der aus ebenen hexagonalen Kohlenstoffschichten aufgebaut ist. Diese Struktur erklärt seine Verwendung für die Mine von Bleistiften.

Diamanten sind hingegen halbtransparente bis transparente und ausgesprochen harte Kristalle, in welchen jedes Kohlenstoffatom mit vier anderen verbunden ist. Natürliche Diamanten sind hunderte von Kilometern unter der Erde unter einem hohen Druck und einer hohen Temperatur entstanden.

Amorpher Kohlenstoff hat keine geordnete Kristallstruktur und kommt im Russ und in der Kohle vor. Russ entsteht zum Beispiel bei der unvollständigen Verbrennung aus Holz in einem Ofen. Kohle enthält neben reinem Kohlenstoff auch organische Kohlenstoffverbindungen und weitere Elemente.

Kohlenstoff ist auch in Sedimentgesteinen wie dem Kalkstein, Marmor und Dolomit (Carbonaten) enthalten.

Kohlenstoff ist eines der zentralen Elemente, aus dem alle Lebewesen auf der Erde aufgebaut sind. Nach Sauerstoff ist es das zweithäufigste Element im menschlichen Körper und ein Bestandteil von Nukleinsäuren (RNA, DNA), Aminosäuren, Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden.

Er zeichnet sich durch seine Bindungsaffinität zu anderen Kohlenstoffatomen und vielen weiteren Elementen aus, wodurch zahllose kovalente Verbindungen entstehen. Typische Bindungspartner sind Nichtmetalle wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Halogene und Schwefel. Kohlenstoff kann Einfachbindungen, Doppelbindungen und Dreifachbindungen eingehen, Ketten, verzweigte Ketten und Ringe und sogar Salze wie Calciumcarbid bilden.

Kohlenstoff ist der wichtigste Energieträger, zum Beispiel in Form der Kohlenwasserstoffe im Erdöl und auch im menschlichen Körper. Bei der Verbrennung von organischer Materie entsteht Kohlenstoffdioxid (Kohlendioxid). Am Beispiel Methan:

CH₄ (Methan) + 2 O₂ (Sauerstoff) → CO₂ (Kohlenstoffdioxid) + 2 H₂O (Wasser)

Sogar Diamanten können unter der Einwirkung von Sauerstoff und Hitze verbrannt werden. Kohlendioxid entsteht auch beim Kontakt vom Carbonaten und Hydrogencarbonaten mit Säuren und bei der Energiegewinnung im menschlichen Körper.

Anwendungsgebiete

Kohlenstoff ist der Grundbaustein aller organischen Verbindungen und als solcher in der Mehrzahl der pharmazeutischen Wirkstoffe enthalten.

Unerwünschte Wirkungen (Auswahl)

Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid ist für den weltweiten Treibhauseffekt und die globale Erwärmung verantwortlich, welche in der Zukunft voraussichtlich zu dramatischen Veränderungen auf der Erde führen wird. Aus Erdöl gewonnene Kunststoffe wie Polyethylen und Polypropylen verschmutzen die Umwelt, weil ihr natürlicher Abbau sehr lange dauert. Und Feinstaub, der beispielsweise bei der unvollständigen Verbrennung gebildet wird, kann Lungenerkrankungen auslösen.

siehe auch

Aktivkohle, Alkane, Photosynthese, Kohle, kovalent, Kohlenwasserstoffe

Literatur

Arzneimittel-Fachinformation (CH)
Chemie-Lehrbücher
Europäisches Arzneibuch PhEur
Herstellerinformationen
Lexika der Lebensmitteltechnologie
Lexika der Pharmazie
Packungsbeilagen

Autor

Interessenkonflikte: Keine / unabhängig. Der Autor hat keine Beziehungen zu den Herstellern und ist nicht am Verkauf der erwähnten Produkte beteiligt.