Kö­nig Koh­len­stoff und sein Ar­chi­tekt

Ohne C-Atom kein Leben. Der Mensch besteht zu rund einem Viertel aus Kohlenstoff, die Vegetation und der Boden sind fast nur aus diesem organischen Element. Teil 9 der Serie «Chemie des Bauens» zeigt, wie sich beide Disziplinen gegenseitig inspirieren.

Publikationsdatum
05-07-2019

Eine offizielle Krönung hat es nie gegeben. Den Titel «König der chemischen Elemente» trägt der Kohlenstoff (C, Ordnungszahl 6) trotzdem zu Recht. Wissenschaftler geben damit ihrem Erstaunen Ausdruck, dass «Carbon» der zentrale Grundbaustein des Lebens ist und am Ursprung der organischen Chemie steht. Der menschliche Körper besteht zu 28 % aus Kohlenstoff.

Seine elementare Bedeutung vermag das «C» seit der Antike bis heute problemlos zu behaupten. Immer noch lassen sich neue Erscheinungsformen und Strukturen entdecken. Mal sehr bis weniger hart, mal weich bis flüssig: Der Diamant, die Kohle, der Grafit oder das Bitumen sind aus nichts anderem gebaut als aus diesem reinen Königselement. Als chemische Ausnahmeerscheinung kann es sich mit bis zu vier anderen C-Atomen binden. Typisch sind dabei fünf- oder sechseckige Wabenmuster.

Häufig geht es aber auch starke Verbindungen mit Wasserstoff (H) ein. Daraus entsteht das Grundgerüst für den fruchtbaren Boden, die Pflanzen und Bäume; besonders ist auch, dass sich die Biomasse mithilfe von COund der Photosynthese vermehren kann. Holz und Zellulose sind in der Bauindustrie als die hauptsächlichen nachwachsenden Rohstoffe bekannt.

Der Kohlenstoff ist aber nicht nur ökologischer Hoffnungsträger, sondern auch direkt am fossilen Zeitalter und der Klimaerwärmung beteiligt. Die heute genutzten Öl(schiefer)quellen, Gasfelder und Kohleminen sind nichts anderes als Rückstände von Meerestieren und -pflanzen, die vor 100 Millionen Jahren abgelagert wurden und danach verfault sind.

Doch obwohl sich pflanzliches Chlorophyll und tierisches Hämoglobin im Erdöl nachweisen lassen, bestreiten schwedische und russische Wissenschafter die «biotische» Herkunft und behaupten, fossile Brennstoffe würden tief im Erdinnern synthetisiert. Auch der «Erfinder» des Periodensystems, Dimitri Mendelejew, vermutete, das Erdölvorkommen sei durch Vulkanismus entstanden. 

Die moderne Architektur ist direkt mit der royalen Kohlenstoffchemie verwoben. Der Erbauer des Wahrzeichens der Weltausstellung von Montreal 1967, Richard Buckminster Fuller, stand nämlich Pate für die Carbon-Nanotechnologie. Aus einem Stahlnetz mit dreieckigen Maschen baute er eine tragende Halle mit Durchmesser von knapp 80 m; eine vergleichbare Tragstruktur fanden Forscher vor gut 30 Jahren beim Blick durch das Elektronenmikroskop.

Seither nennen sie Carbonkugeln im Nanoformat, die aus 60 C-Atomen bestehen, «Buckyball». Inzwischen fabriziert man daraus «Buckypapier»: eine Kohlenstofffolie, härter als Stahl und stromleitend, die sich unter anderem für Anwendungen in der IT, der Luftfahrt und der Medizin eignen soll. 

Anders als das Element Kohlenstoff hat man die Entdecker der Carbon-«Fullerene» inzwischen offiziell geehrt. Ende des letzten Jahrtausends erhielten ein britischer und zwei US-amerikanische Chemiker dafür den Nobelpreis.

2019 ist das internationale Jahr des Periodensystems. Die Kolumne «Die Chemie des Bauens» geht wöchentlich den natürlichen Elementen und ihren Eigenschaften auf die Spur und sucht die gebaute Umwelt mitsamt Umgebung nach ihren atomaren Zutaten ab.

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