Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Mehrere physische Formen
- Kohlenstoffatomstruktur
- Chemische Eigenschaften
- Kohlenstoffketten
Kohlenstoff stellt eines der am häufigsten vorkommenden chemischen Elemente auf der Erde dar und nimmt nach seiner Masse nur nach Sauerstoff den zweiten Platz ein. Das Leben auf der Erde verdankt seine Existenz dem Kohlenstoff, da er die chemische Grundlage für alle Lebewesen auf diesem Planeten ist. Aufgrund seiner vier Valenzelektronen verbinden sich Kohlenstoffmoleküle mit Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Kohlenstoff verbindet sich auch mit Phosphor und Schwefel, um die biochemischen Bausteine zu bilden, zu denen Fette, Proteine und Kohlenhydrate gehören. Ohne Kohlenstoff würde der Mensch nicht in der heutigen Form existieren.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Kohlenstoffeigenschaften schließen seine Fähigkeit ein, sich mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel zu verbinden. Biochemische Kohlenstoffverbindungen sind für jedes Leben auf dem Planeten von wesentlicher Bedeutung. Kohlenstoff kann aufgrund seiner Bindungsfähigkeit mit anderen Atomen Einfach-, Doppel- oder Dreifachkovalenzbindungen eingehen.
Mehrere physische Formen
Als allotropes biochemisches Element liegt Kohlenstoff in mehreren physikalischen Formen vor, obwohl sie chemisch ähnlich sind. Kohlenstoff liegt als Graphit-, Diamant- oder Kohlenstoffrückstand vor, der zurückbleibt, wenn Verbindungen auf Kohlenstoffbasis Hitze und Druck ausgesetzt sind. Graphit, der in einer flächigen Struktur vorliegt, ist weich und leitet Elektrizität. Im Gegensatz dazu ist Diamant extrem hart, leitet keine Elektrizität und ist inert. Kohlenstoffrückstände umfassen Kohle, Holzkohle und andere Substanzen, die der Mensch zur Energiegewinnung verwendet.
Kohlenstoffatomstruktur
Ein stabiles Kohlenstoffatom besitzt sechs Protonen, sechs Neutronen und sechs Elektronen, was zu einer Atommasse von 12,011 führt. Es befindet sich auf der sechsten Position des Periodensystems der Elemente. Vier seiner Elektronen befinden sich in der äußeren Hülle des Atoms, während die anderen beiden in der inneren Hülle existieren. Festkörpermoleküle, die nur aus gebundenen Kohlenstoffatomen bestehen, bilden je nach physikalischem Zustand der Substanz tetraedrische oder hexagonale Formen.
Chemische Eigenschaften
Kohlenstoff verbrennt in Sauerstoff zu Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Kohlenstoff kann beim Erhitzen mit Oxiden auch Carbide bilden. Beispielsweise bildet mit Kohlenstoff erhitztes Calciumoxid Calciumcarbid und Kohlenmonoxid. Zusätzlich wirken Kohlenstoffverbindungen wie Kohlenmonoxid als Reduktionsmittel für Metalloxide. Beispielsweise reduziert das Anwenden von extremer Wärme von einer Quelle wie einem Ofen auf Eisenoxid in einer Kohlenmonoxidumgebung das Eisenoxid zu Eisen.
Kohlenstoffketten
Kohlenstoff kann mit anderen Kohlenstoffatomen Kohlenstoffketten in Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen bilden. Dieser Prozess, der als Verkettung bezeichnet wird, ist die Grundlage für die Herstellung organischer Verbindungen und das Studium der organischen Chemie. Obwohl andere Elemente wie Silizium oder Germanium eine begrenzte Verkettung ermöglichen, kann Kohlenstoff auch Ketten mit unbegrenzter Größe bilden. Darüber hinaus kann nur Kohlenstoff Doppel- und Dreifachbindungen verketten, während andere Elemente nur Einfachbindungen bilden können.