Kohlenstoff

Kohlenstoff

Kohlenstoff (von lat. carbo = Holzkohle oder lat. carbonium = Kohlenstoff) ist ein chemisches Element

Eigenschaften

Bor - Kohlenstoff - Stickstoff

C
Si

Periodensystem

Allgemein

Name, Symbol, Ordnungszahl Kohlenstoff, C, 6

Serie Nichtmetalle

Gruppe, Periode, Block 14 (IVA), 2 , p

Dichte, Mohshärte 2267 kg/m³,
0.5 (Graphit)
10.0 (Diamand)

Aussehen schwarz (Graphit)
farblos (Diamand)

Atomar

Atomgewicht 12.0107 amu

Atomradius (berechnet) 70 (67)pm

Kovalenter Radius 77 pm

van der Waals-Radius 170 pm

Elektronenkonfiguration [He]22 s²2p²

e^- 's pro Energieniveau 2, 4

Oxidationszustände (Oxid) 4, 2 (leicht sauer)

Kristallstruktur hexagonal

Physikalisch

Aggregatzustand (Magnetismus) fest (unmagnetisch)

Schmelzpunkt 3773 K (3500°C)

Siedepunkt 5100 K (4827°C)

Molares Volumen 5.29 ×1010^-6 m³/mol

Verdampfungswärme 355.8 kJ/mol (sublimiert)

Schmelzwärme k.A. (sublimiert)

Dampfdruck 0 Pa

Schallgeschwindigkeit 18350 m/s

Verschiedenes

Elektronegativität 2.55 (Pauling-Skala)

Spezifische Wärmekapazität 710 J/(kg*K)

Elektrische Leitfähigkeit 0.061 × 10⁶/m Ohm

Wärmeleitfähigkeit 129 W/(m*K)

1. Ionisierungsenergie 1086.5 kJ/mol

2. Ionisierungsenergie 2352.6 kJ/mol

3. Ionisierungsenergie 4620.5 kJ/mol

4. Ionisierungsenergie 6222.7 kJ/mol

5. Ionisierungsenergie 37831 kJ/mol

6. Ionisierungsenergie 47277.0 kJ/mol

Stabilste Isotope

Isotop NH t_1/2 ZM ZE M eV ZP

¹²C 98.9% C ist stabil mit 6 Neutronen

¹³C 1.1% C ist stabil mit 7 Neutronen

¹⁴C in Spuren 5730 y beta^- 0.156 ¹⁴N

SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt,
sofern nicht anders angegeben.

Elementarer Kohlenstoff kommt in zwei Modifikationen vor: Diamant und Graphit. Kohlenstoff besitzt 4 Elektronen auf seiner Außenhülle, die im Verbund zu sog. sp1, sp2 oder sp3 Orbitalen hybridisieren können. Wichtig sind zwei Konfigurationen:

3 Elektronen im sp2-Orbital, 1 Elektron im s-Orbital
4 Elektronen im sp3-Orbital

Die erste Struktur nennen wir Graphit. Die Elektronen in den sp2-Orbitalen bilden extrem feste hexagonale Flächenstrukturen, die vertikal locker über die Elektronen der s-Orbitale gebunden sind (vergleiche leichte Spaltbarkeit von Graphit).

Die zweite Struktur ist die sog. Diamant-Struktur. Die sp3-Orbitale bilden räumlich vernetzte Tetraeder.

Die Bindungskräfte in der Graphit-Ebene sind höher als die Bindungskräften im Diamant-Tetraeder. Makroskopisch merken wir davon nichts, da Graphit-Ebenen räumlich nur locker gebunden sind.

Die sog. Fullerene sind Graphit-Moleküle, deren sp2-Bindungen nicht in einer Ebene liegen, sondern wie ein Fußball räumlich zu einer Kugel geformt sind. Die kleinste mögliche Fußballstruktur erfordert 60 Kohlenstoff-Atome.

In Kohlenstofffasern ist der Kohlenstoff ebenfalls wie in Graphit in Ebenen gebungen. In einer Idealfaser lägen die Grapitlagen geordnet wie in einer langen Papierrolle vor. In Wirklichkeit sind die Ebenen stark gestört und bilden nur lokale Ordnungen aus. Es bleibt die Orientierung der Ebenen entlang der Faserachse, die die außerordenlichen Eigenschaften der Fasern bewirken.

Einige Verbindungen des Kohlenstoffs gehören zur anorganischen Chemie:

die Oxide Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂)
die Kohlensäure (H₂CO₃) sowie ihre Salze, die Carbonate.
Kohlenstoffdisulfid (CS₂), das auch mit dem (Trivialnamem Schwefelkohlenstoff bezeichnet wird.

Alle anderen Verbindungen gehören zur organischen Chemie. Diese umfasst aufgrund der Fähigkeit des Kohlenstoffs, lange Ketten und kovalente Bindungen mit anderen Atomen zu bilden, mehr Verbindungen als die gesamte anorganische Chemie. Auch die Biochemie ist ein Teil der organischen Kohlenstoffchemie.

Siehe auch:

Verbindungen, in denen Kohlenstoff vorkommt:

nds:Kohlenstoff