Wieso ist die Bildung von Kohlenstoff Ionen erschwert?
Hallio :)
Ich verzweifele grade an meiner Chemie Hausaufgabe. Es geht dabei um organische Chemie und die Frage lautet:
Warum ist die Bildung von Kohlenstoff Ionen erschwert?
Vielen Dank schonmal :)
4 Antworten
was meinst du mit erschwert?? Meinst du z.B. ein Na4C ??? oder
Es gibt doch Kohlenstoffionen - nehmen wir zum Beispiel ein Carbeniumion - als Mesomere form zum beispiel
Und Natürlich tragt die Ionisierungsenergie viel dazu bei - und mit Elektronegativität von 2,5 ist es ja nach oben & unten kein typischer Ionenbindungspartner
Ich meine, warum es schwer ist so ein Kohlenstoffion zu bilden ;)
Moin,
frag dich doch mal, welche Atome von welchen Elementen relativ leicht Ionen bilden?! Oder warum Atome überhaupt zu Ionen werden?! Bedenke dabei, dass elementarer Kohlenstoff vier Elektronen im äußeren Hauptenergieniveau (HEN; in der äußeren "Schale") hat.
Edelgase haben zum Beispiel Atome, deren äußeres HEN mit Elektronen voll besetzt ist. Dieser Zustand ist energetisch besonders stabil. Darum streben die Atome der anderen Elemente diese "Edelgaskonfiguration" ebenfalls an (was auch der Grund ist, warum Edelgase so gut wie keine Reaktionen mit anderen Elementen eingehen, während diese anderen Elemente untereinander munter reagieren). Und ein Weg, die Edelgaskonfiguration zu erlangen ist, sein äußeres HEN mit Elektronen aufzufüllen oder die darin enthaltenen Elektronen abzugeben (Ionenbildung).
Da sind einerseits die Metallatome. Sie haben im äußeren HEN wenig Elektronen. Darum sind sie relativ leicht bereit, diese Elektronen abzugeben. Wenn sie nämlich alle Valenzelektronen (Außenelektronen) abgeben, wird das äußere HEN leer; es fällt weg, wodurch das ursprünglich zweitäußere HEN zum äußeren wird, was dann jedoch voll besetzt ist (mehr oder weniger). Ganz leicht ist das bei den Alkalimetallatomen zu verstehen (1. Hauptgruppe - HG - im Periodensystem der Elemente - PSE). Sie haben nur 1 Valenzelektron, das sie liebend gerne abgeben und so einfach positiv geladene Ionen bilden. Auch die Atome der Erdalkalimetalle (2. HG des PSE) geben relativ leicht ihre beiden Valenzelektronen ab und werden so zu zweifach positiv geladenen Ionen (mit Edelgaskonfiguration). Aber wenn du dir das genauer anschaust, kannst du dir sicherlich vorstellen, dass es insgesamt schwerer werden muss, zwei Elektronen aus einem Atom zu entfernen, weil du damit immerhin zwei negative Ladungsträger entfernst. Wenn am Ende nicht die energetisch so günstige Edelgaskonfiguration winken würde, dann liefe das Ganze auch nicht so ohne weiteres ab, da die negativ geladenen Elektronen immerhin vom positiv geladenen Atomkern angezogen werden. Du musst also Energie aufwenden, um ein Elektron zu entfernen. Da dadurch ein positiv geladenes Ion entsteht, werden die verbleibenden Elektronen noch etwas stärker angezogen. Es wird also schwerer, ein weiteres Elektron zu entfernen. Folglich wird es noch schwerer, ein drittes Elektron heraus zu bekommen. Und gemäß dieser Logik ist es dann generell seehr schwer, gar vier Elektronen aus einem Atom zu entfernen. Da du aber genau das bei einem Kohlenstoffatom tun müsstest, um zu einem vierfach positiv geladenen Ion zu gelangen, ist die Bildung von Kationen bei C-Atomen erschwert.
Auf der anderen Seite gibt es die Halogene (7. HG des PSE) und die Chalkogene (6. HG des PSE), wo du die mehr oder weniger typischen Nichtmetallatome findest. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Atome relativ viele Valenzelektronen haben. Es ist für derartige Atome leichter, ein oder zwei Elektronen aufzunehmen, als sechs oder sieben abzugeben. Wenn solche Atome zu Ionen werden, dann zu negativ geladenen durch die Aufnahme von Elektronen. Aber im Grunde gilt hier die gleiche Überlegung wie bei den Metallatomen (bloß umgekehrt): Es wird immer schwerer, ein negativ geladenes Ion hinzukriegen, je mehr Elektronen aufgenommen werden müssen, denn ein negativ geladenes Elektron in einen Verband zu stecken, der durch die vorherige Aufnahme eines Elektrons nach außen bereits negativ geladen ist, ist logischerweise schwer. Und wieder kann man folgern, dass es dann noch schwerer sein wird, dreifach negativ geladene Ionen zu produzieren. Was nun das C-Atom angeht, hier müsstest du vier Elektronen aufnehmen, um das äußere HEN mit Elektronen voll zu bekommen. Sag selbst, glaubst du, dass das leicht gehen wird?
Du siehst also, es ist bei Kohlenstoffatomen schwer, Ionen aus den Atomen zu machen, weil weder das Herauslösen von vier Elektronen noch das Hinzufügen von vier Elektronen leicht erfolgen kann. Darum ist die Ionenbildung bei Kohlenstoffatomen erschwert.
Vielleicht wirst du (oder jemand anderes) nun einwenden, dass es aber doch ionische Kohlenstoffatome gibt. Das stimmt. Aber hier gelten besondere Bedingungen. So bildet Kohlenstoff nur mit sehr reaktionsfreudigen Metallatomen (die unbedingt ihre Valenzelektronen jemand Anderem aufdrücken wollen) so genannte Carbide. Diese Carbide sind wiederum selbst sehr reraktionsfreudig und zerfallen oder reagieren heftig mit anderen Stoffen, eben weil Kohlenstoffatome andere Daseinsformen bevorzugen als das vierfach negativ geladene Ion. Was dagegen die Carb-Anionen oder die Carbokationen (Carbenium-Ionen) in organischen Verbindungen angeht, so sind das entweder nur Übergangszustände oder Zwischenprodukte in Reaktionen oder sie werden durch die Anwesenheit von anderen funktionellen Gruppen bzw. Molekülkonstellationen stabilisiert. Unter dem Strich kannst du also generell festhalten, dass Kohlenstoffatome nicht leicht (stabile) Ionen bilden und genau danach war ja wohl gefragt.
LG von der Waterkant.
@LilAnnile Einfacher als DedeM es erklärt hat, geht es eigentlich gar nicht.
Moin,
steht doch im ersten Absatz: "Hauptenergieniveau (HEN;...)" (Hervorhebung im Kommentar von mir)...
Solange kein C⁴⁻ oder C⁴⁺ Ion entstanden ist, sind immer noch bindungsfähige Aussenelektronen vorhanden. Vier gleiche Ladungen kommen aber bei keinem Einzelatom zustande. Selten sind es mehr als zwei. Der Grund dafür ist die wachsende Ionisierungsenergie bei zunehmender Ladung. Einzelne Ladungen kann ein C-Atom aber wohl haben, nur ist es dabei immer mit anderen Atomen verbunden, die an der Ladung teilhaben. Beispiele: Kohlensäure, Blausäure (HCΞN). Kohlenstoff tendiert zu kovalenten Bindungen mit den meisten Elementen. Das liegt an seiner (mittigen) Stellung im PSE.
Weil Kohlenstoff mit 4 Außenelektronen ausgestattet ist.
öhm....warum einfach wenns auch kompliziert geht?^^