Frage von Tomm24, 33

Aufbau von Kolhenstoffatoms?

Hi ich brauche eine Hilfe bei dieser Aufgabe ! (siehe Bild) ich weiss ja das Kohlenstoffatom ein chemisches Element der 4.Hauptgruppe und die Ordnungszahl = 6 = Protonenzahl aber was ist die genaue Antwort auf die FRAGEN hier ??

Antwort
von newcomer, 9

http://www.seilnacht.com/power/pwschal1.pdf

http://www.seilnacht.com/Lexikon/6Kohlen.htm

Der Diamant kristallisiert im kubischen Kristallsystem.
Er ist der härteste alle bekannten und natürlichen
Stoffe, er besitzt die beste thermische Leitfähigkeit - sie ist bis zu fünfmal besser als Silber - und die höchste Schmelztemperatur aller Stoffe. Beim Erhitzen
unter Luftabschluss geht er bei etwa 1500°C in den sehr weichen und
schwarzen Graphit über. Die
Verbrennung eines Diamanten gelingt nur im Sauerstoffstrom, beim bloßen
Erhitzen mit einem Schweißbrenner färbt sich der Diamant an
der Oberfläche dunkel, ohne zu verbrennen, was auf die Bildung von
Graphit hinweist. Eine tatsächliche Verbrennung ist dem Autor auf
diese Art und Weise nicht gelungen.

http://www.chemie.de/lexikon/Diamant.html#Aufbau_und_chemisches_Verhalten

Aufbau und chemisches Verhalten

 

Diamanten bestehen ausschließlich aus reinem
kubisch kristallisiertem Kohlenstoff. Wenn auch der innere Aufbau
theoretisch aus reinem Kohlenstoff besteht, so sind die freien
Atombindungen an den Grenzflächen des Kristalls doch mit Sauerstoff oder
Wasserstoff gesättigt.

Im Diamant sind die Kohlenstoffatome tetraedrisch
gebunden; das bedeutet, jedes Atom hat vier symmetrisch ausgerichtete
Bindungen zu seinen nächsten Nachbarn. Die große Härte resultiert aus
der sehr hohen Bindungsenergie der vollständig in sp3-Hybridisierung vorliegenden chemischen Bindungen.

Diamant verglüht in reinem Sauerstoff bei ca. 720 °C, in Luft bei über 800 °C zu Kohlendioxid.
Mit Wasserstoff reagiert Diamant bei hohen Temperaturen zu
Kohlenwasserstoffen. Diamant ist löslich in Metallschmelzen
kohlenstofflöslicher Metalle und deren Legierungen, wie Eisen, Nickel,
Kobalt, Chrom, Titan, Platin, Palladium und ähnlichen.
Aufgrund der sehr kleinen reaktiven Oberfläche ist die
Umsetzungsgeschwindigkeit auch entsprechend klein.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 8

Fortsetzung (noch immer vom Smartphone):
Modellhaft kannst Du Dir die Elektronen (sowie auch andere Materieteilchen) wie Damen vorstellen, die es nicht ausstehen können, im gleichen Outfit auf derselben Party zu erscheinen. Fast das gleiche Outfit, mit irgendeinem auffälligen Unterschied, ist o.k., aber wenn eine dieser Damen eine andere auf einer Party sieht, die wirklich genau das Gleiche anhat, macht sie auf dem Absatz Kehrt und geht auf eine andere Party.
Die Spin-Ausrichtung - immer bezüglich einer gewissen Achse - ist ein solcher auffälliger Unterschied, weshalb in ein einzelnes Orbital eben immer nur 2 Elektronen passen.
Dieses Prinzip ist der Grund dafür, dass die Welt der Chemie so bunt ist.
Beim Wasserstoff und Helium, wo es nur zwei Elektronen gibt, ist deren Grundzustand (energieärmster Zustand) immer der 1s-Zustand, das heißt n = 1, l = 0. Beim Kohlenstoff gibt es insgesamt sechs Elektronen, von den 2 natürlich 1s-Elektronen sind. Die übrigens vier Elektronen hingegen verteilen sich auf ein 2s- (n=2, l=0) und drei 2p- (n=2, l=1) Orbitale.
Die Gestalt von s-Orbitalen jeglichen Energieniveaus ist kugelsymmetrisch und ähnelt einem Kugelsternhaufen von Weitem. Dessen nach außen abnehmende Sternendichte entspricht der Wahrscheinlichkeitsdichte dafür, dass man die Elektronen in einem bestimmten Raumbereich lokalisieren würde (das heißt, wohl bemerkt, nicht, dass es dann genau dort war und anderswo nicht, sondern es »entscheidet sich« im Augenblick der Lokalisierung, sich dort und nicht in einem anderen Teil des Orbitals lokalisieren zu lassen; solange man es in Ruhe lässt, verhält es sich 100% wie eine Welle).
Die Gestalt eines p- Orbitals ist im Wesentlichen die einer Doppelhantel.
Im Kohlenstoffatom »hybridisieren« aus Symmetriegründen das 2s- und die 2p-Orbitale zu sog. sp-Hybridorbitalen, deren Gestalt annähernd keulenförmig ist und das Atom in eine tetraedrische Form bringen. Da die 2sp-Elektronen ungepaart sind, entstehen so vier gleichartige »Bindungsarme«, an denen andere Atome andocken können, z.B. andere Kohlenstoffatome, die dann u.U. ein Diamantgitter bilden.
Dabei handelt es sich um kovalente Bindungen, weshalb Diamant auch durchsichtig ist.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 13

Die Elektronen bilden die Hülle um den Atomkern, und es gibt Parallelen, aber auch wichtige Unterschiede zu Planetensystemen.

Parallelen sind, dass die Elektronen viel leichter sind als der Atomkern und sich dieser deshalb relativ zum Atom als Ganzem kaum bewegt, und dass die Atomhülle sehr viel ausgedehnter ist als der Kern.
Ebenfalls eine Parallele ist, dass man einen Zustand eines Elektrons im Atom durch Energie (sie ist negativ, da die Gravitation anziehend wirkt und ein gebundener Zustand nur vorliegt, wenn die kinetische Energie des Elektrons nicht ausreicht, um das Atom zu verlassen) und Drehimpuls  (s. Kepler-Gesetze) geprägt ist. Neben dem Bahndrehimpuls gibt es auch den Eigendrehimpuls, den Spin. Ihn mit einer Rotation des Elektrons wie bei inem Planeten in Verbindung zu bringen, wäre allerdings zu wörtlich verstanden.

Der wichtigste Unterschied ist der, dass es nur ganz bestimmte Zustände gibt, die die Elektronen stationär einnehmen können, da sie eine stehende Welle bilden müssen. Was die Energien anbelangt, werden sie durch die Hauptquantenzahl n charakterisiert - wobei gleiches n nicht gleiche Energie bedeuten muss, schon gar nicht in unterschiedlichen Atomen, denn n zählt nur von niedrig nach hoch. Drehimpulse werden durch die Nebenquantenzahl l ausgedrückt, denn der Drehimpuls L ist ebenfalls quantisiert. Seine Orientierung relativ zu einer gegebenen Achse kann nur ganzzahlige Vielfache von ℏ annehmen, nämlich von -lℏ bis +lℏ. Dies wird durch die magnetische Quantenzahl m_l ausgedrückt.

Dies alles begrenzt die Zahl der Zustände, die Elektronen in einem Atom annehmen können. Folge davon ist, dass es ganz bestimmte Orbitale gibt, und zwar mit wachsender Hauptquantenzahl immer mehr.

Fortsetzung folgt denn ich muss weg...

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 9

Fortsetzung (ich schreibe jetzt von meinem Smartphone aus):
Elektronen haben - wie andere Materieteilchen auch - den Spin ½ℏ oder kurz ½, d.h. magnetisch verhalten Sie sich so, als drehten Sie sich mit diesem Drehimpuls um die eigene Achse. Dieser Spin ist aber keine Zustandsgröße, sondern eine intrinsische Eigenschaft des Teilchens.
Entscheidend ist auch,

  • dass ein solcher Spin relativ zu einer gegebenen Achse genau 2 Orientierungen annehmen kann,

  • dass zwei gleiche Spin-½-Teilchen nicht in genau demselben Zustand sein können (Pauli-Prinzip).

Es »passen« also nur zwei Elektronen in ein Orbital.

Fortsetzung folgt…

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