Wie kann "Kohlenstoffmonoxid" (CO) überhaupt existieren, da C=Wertigkeit VI und O=Wertigkeit II?
Ich habe eine "einfache" Anfängerfrage in Chemie...komme da nicht draus.
Mir ist klar, dass Kohlenstoffdioxid so ist:
C (wertigkeit IV) + O2 (Wertigkeit II) -> CO2 ergibt. Da ist die Wertigkeit beider Elementa ja auf iV.
Aber bei Kohlenstoffmonoxid z.B ist es ja NICHT ausgeglichen:
CO (C ist IV und O ist nur II)
Wie geht das???
8 Antworten
Wenn dem Kohlenstoff bei der Verbrennung nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, reagieren nur seine 2 p Elektronen der 2. Schale mit Sauerstoff zu einer Doppelbindung. Das s-Elektronenpaar bleibt frei. Dadurch bleibt das CO weiterhin sehr reaktiv (z.B. brennbar). Es ist nicht ungewöhlich, dass ein Element in verschiedenen Oxidationsstufen auftritt, wenn es mehr als 2-3 Aussenelektronen hat. Es gibt nicht nur die angestrebte Edelgaskonfiguration, sondern auch halbstabile Zwischenlösungen.
Wertigkeit ist ein relativer Begriff und ergibt sich aus einem bestimmten Regelsatz und einem ganzen Sack von zum Teil widersprüchlichen Theorien.
Beim CO wird oft eine mesomeriestabilisierte (partielle) Dreifachbindung postuliert, die die Oktettregel erfüllt. Das heißt eine sp-sigma Bindung und 2 p-Pi Bindungen dadurch erhält der C eine formale Ladung von -1 und der O von +1. Das fluktuiert zwischen dieser Form und der |C=O> sowie der |C-O] Form (C mit +1 und O mit -1 wegen 3 Elektronenpaaren zusätzlich zur Bindung).
Egal wie, in der weit überwiegenden Mehrheit aller Fälle kommt C als +4 daher.
Sorry, falsch ausgedrückt! Danke für den Hinweis.
Weder + noch - macht wirklich Sinn, weil es in der überwiegenden Mehrheit kovalente, bestenfalls polarisierte kovalente, Bindungen sind. Und die Bindungswertigkeit ist nun mal meist 4.
Wertigkeit mit Oxidationszahlen (als elektrochemische Wertigkeit) zu vermengen macht halt wenig Sinn. Vor allem, wenn die Molekülorbitaltheorie ausreicht die Bindungswertigkeit zu erklären.
Beispiel: Methan & Tetrachlormethan & Methanol:
C ist jeweils IV wertig was die Bindungswertigkeit angeht und über 4 gleiche sp³ Orbitale verknüpft, aber auf Grund der Regeldetri ist die formale Oxidationszahl im Methan -4 und im Tetrachlormethan +4 und im Methanol -2.
Bei eindeutig polaren Kovalenzbindungen könnte man ja noch einen gewissen Sinn in der +/- Angabe sehen wenn sie auf einer eindeutigen Elementenpaarung beruht (C-Cl), aber schon bei Methanol ist das ja auch offensichtlich hinfällig.
Naja, wer sagt denn, daß Kohlenstoff nur Wertigkeit IV haben kann? Das ist ja das besondere an dem Element, von -IV bis +IV ist alles drin. M.R.
Genau so ist es. Kohlenstoff hat eben nicht immer die Wertigkeit IV. Insofern ist schon die Frage "falsch" ;-)
Können Wertigkeit IV Atome demnach irgend eine beliebige Wertigkeit haben???
Wertigkeit hängt von den Regeln ab, mit der man sie bestimmt. Am wichtigsten ist die Tatsache das C in der überwiegenden ZAhl der Fälle mit 4 Bindungselektronenpaaren auftritt und die Oktettregel erfüllt.
Auch in vielen anorganischen Verbindungen, z.B. Carbide ergeben sich nach den Regel "merkwürdige" Wertigkeiten, die sich aber relativieren, wenn man C als das elektronegativere Element mit (mesomeriestabilisierten) Doppel/Dreifachbindungen postuliert. Siehe Alkali-Erdalkalicarbide und Grignardkomplexe.
In Kohlenmonooxid erscheint der Kohlenstoff zweiwertig. Aus der Ramanspektroskopie ist aber inzwischen bekannt, daß die Bindungsfestigkeit zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff in CO einer dreifachen homöopolaren Bindung entspricht. Die Strukturformel lautet: - I C - O I - Die drei Bindungstriche sind eng untereinander, zwischen C und O, zu denken. Es sind dieselben Bindungsverhältnisse wie beim Stickstoffmolekül N2 oder N---N, die drei Bindungsstriche sind eng untereinander zu denken.
Zu den Reaktionseigenschaften ist noch folgendes zu sagen: CO löst sich in Wasser zu etwa 3 Vol.-% und verhält sich den meisten Stoffen gegenüber bei gewöhnlicher Temperatur als wenig reaktionsfähig.
Bei erhöhter Temperatur und unter Druck kann es dann in vielfältiger Art und Weise reagieren. Gegenüber freiem Sauerstoff und Ozon oder Wasserstoffperoxid und vielen anderen Oxidationsmittel ist CO bei RT selbst in Gegenwart typischer Sauerstoffüberträger sehr beständig.
Die Entzündungstemperatur von CO-Sauerstoffgemischen liegt für hohen Sauerstoffgehalt bei 630....650 Grad C, für hohen CO-Gehalt bei 700...715 Grad C. Die untere Grenze der Explosionsfähigkeit liegt bei 12,5% CO in der feuchten Luft.
arevo
Definiere überwiegende Mehrheit. In der Organik kommt C in allen möglichen Wertigkeiten vor, wobei ein +4-wertiges C äußerst selten ist.