Was Sie über Kohlenstoffverbindungen wissen sollten

Kohlenstoffverbindungen sind chemische Substanzen, die Kohlenstoffatome enthalten, die an ein anderes Element gebunden sind. Es gibt mehr Kohlenstoffverbindungen als für jedes andere Element außer Wasserstoff. Die Mehrzahl dieser Moleküle sind organische Kohlenstoffverbindungen (z. B. Benzol, Saccharose), obwohl auch eine große Anzahl anorganischer Kohlenstoffverbindungen vorhanden ist (z. B. Kohlendioxid). Ein wichtiges Merkmal von Kohlenstoff ist die Verkettung, dh die Fähigkeit, lange Ketten oder Polymere zu bilden. Diese Ketten können linear sein oder Ringe bilden.

Arten chemischer Bindungen, die durch Kohlenstoff gebildet werden

Kohlenstoff bildet am häufigsten kovalente Bindungen mit anderen Atomen. Kohlenstoff bildet unpolare kovalente Bindungen, wenn er an andere Kohlenstoffatome bindet, und polare kovalente Bindungen mit Nichtmetallen und Metalloiden. In einigen Fällen bildet Kohlenstoff Ionenbindungen. Ein Beispiel ist eine Bindung zwischen Calcium und Kohlenstoff in Calciumcarbid, CaC₂.

Kohlenstoff ist normalerweise vierwertig (Oxidationsstufe von +4 oder -4). Es sind jedoch auch andere Oxidationsstufen bekannt, einschließlich +3, +2, +1, 0, -1, -2 und -3. Es ist sogar bekannt, dass Kohlenstoff sechs Bindungen bildet, wie in Hexamethylbenzol.

Obwohl die beiden Hauptarten zur Klassifizierung von Kohlenstoffverbindungen organisch oder anorganisch sind, gibt es so viele verschiedene Verbindungen, dass sie weiter unterteilt werden können.

Kohlenstoff-Allotrope

Allotrope sind verschiedene Formen eines Elements. Technisch gesehen sind sie keine Verbindungen, obwohl die Strukturen oft so genannt werden. Wichtige Kohlenstoffallotrope umfassen amorphen Kohlenstoff, Diamant, Graphit, Graphen und Fullerene. Andere Allotrope sind bekannt. Obwohl Allotrope alle Formen desselben Elements sind, haben sie sehr unterschiedliche Eigenschaften.

Organische Verbindungen

Organische Verbindungen waren einst alle Kohlenstoffverbindungen, die ausschließlich von einem lebenden Organismus gebildet wurden. Jetzt können viele dieser Verbindungen in einem Labor synthetisiert werden oder es wurde festgestellt, dass sie sich von Organismen unterscheiden. Daher wurde die Definition überarbeitet (obwohl dies nicht vereinbart wurde). Eine organische Verbindung muss mindestens Kohlenstoff enthalten. Die meisten Chemiker sind sich einig, dass auch Wasserstoff vorhanden sein muss. Trotzdem ist die Einstufung einiger Verbindungen umstritten. Zu den Hauptklassen organischer Verbindungen zählen (ohne darauf beschränkt zu sein) Kohlenhydrate, Lipide, Proteine ​​und Nukleinsäuren. Beispiele für organische Verbindungen umfassen Benzol, Toluol, Saccharose und Heptan.

Anorganische Verbindungen

Anorganische Verbindungen können in Mineralien und anderen natürlichen Quellen enthalten sein oder im Labor hergestellt werden. Beispiele hierfür sind Kohlenoxide (CO und CO₂), Carbonate (z.B. CaCO₃), Oxalate (z.B. BaC₂Ö₄), Schwefelkohlenstoff (z. B. Schwefelkohlenstoff, CS₂), Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen (z.B. Cyanwasserstoff, HCN), Kohlenstoffhalogenide und Carborane.

Metallorganische Verbindungen

Metallorganische Verbindungen enthalten mindestens eine Kohlenstoff-Metall-Bindung. Beispiele hierfür sind Tetraethylblei, Ferrocen und Zeises Salz.

Kohlenstofflegierungen

Einige Legierungen enthalten Kohlenstoff, einschließlich Stahl und Gusseisen. "Reine" Metalle können mit Koks geschmolzen werden, wodurch sie auch Kohlenstoff enthalten. Beispiele umfassen Aluminium, Chrom und Zink.

Namen von Kohlenstoffverbindungen

Bestimmte Verbindungsklassen haben Namen, die auf ihre Zusammensetzung hinweisen:

• Hartmetalle: Carbide sind binäre Verbindungen, die aus Kohlenstoff und einem anderen Element mit geringerer Elektronegativität gebildet werden. Beispiele hierfür sind Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Kohlenhalogenide: Halogenkohlenstoffe bestehen aus Kohlenstoff, der an ein Halogen gebunden ist. Beispiele hierfür sind Tetrachlorkohlenstoff (CCl₄) und Tetrajodkohlenstoff (CI₄).
• Carboranes: Carborane sind Molekülcluster, die sowohl Kohlenstoff- als auch Boratome enthalten. Ein Beispiel ist H₂C₂B₁₀H₁₀.

Eigenschaften von Kohlenstoffverbindungen

Kohlenstoffverbindungen haben bestimmte gemeinsame Eigenschaften:

1. Die meisten Kohlenstoffverbindungen haben bei gewöhnlicher Temperatur eine geringe Reaktivität, können jedoch bei Wärmeeinwirkung heftig reagieren. Beispielsweise ist Cellulose in Holz bei Raumtemperatur stabil und brennt beim Erhitzen.
2. Infolgedessen gelten organische Kohlenstoffverbindungen als brennbar und können als Brennstoffe verwendet werden. Beispiele sind Teer, Pflanzenstoffe, Erdgas, Öl und Kohle. Nach der Verbrennung besteht der Rückstand hauptsächlich aus elementarem Kohlenstoff.
3. Viele Kohlenstoffverbindungen sind unpolar und in Wasser schwer löslich. Aus diesem Grund reicht Wasser allein nicht aus, um Öl oder Fett zu entfernen.
4. Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen sind oft gute Sprengstoffe. Die Bindungen zwischen den Atomen können instabil sein und beim Aufbrechen wahrscheinlich erhebliche Energie freisetzen.
5. Verbindungen, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, haben typischerweise einen deutlichen und unangenehmen Geruch als Flüssigkeiten. Die feste Form kann geruchlos sein. Ein Beispiel ist Nylon, das so lange riecht, bis es polymerisiert.

Verwendungen von Kohlenstoffverbindungen

Der Einsatz von Kohlenstoffverbindungen ist grenzenlos. Das Leben, wie wir es kennen, basiert auf Kohlenstoff. Die meisten Produkte enthalten Kohlenstoff, einschließlich Kunststoffe, Legierungen und Pigmente. Kraftstoffe und Lebensmittel basieren auf Kohlenstoff.