Kann mir jemand wegen der Erscheinungsformen des Kohlenstoffs helfen?
2 Antworten
Eine Form ist Diamant, der härteste bekannte Stoff. Hier bildet der Kohlenstoff mit seinen 4 Wertigkeiten dreidimensional kubisch feste Atombindungen (Kristallgitter, vergl. Tetraeder).
Beim Graphit bildet der Kohlenstoff in (wabenförmiger) sechseckiger Struktur flache Schichten, die sich gegenseitig verschieben lassen (Bleistiftminen).
Beim Fulleren bildet der Kohlenstoff kugelförmige Strukturen (Riesenmoleküle) aus Fünf- und Sechsecken ähnlich einem Fussball.
Den Rest findest du bestimmt im Anhang.
Kohlenstoff besitzt sowohl im Diamanten, als auch im Graphen und im Fulleren die Wertigkeit 4. Die Wertigkeit beschreibt wie viele Bindungen zu anderen Atomen maximal gebildet werden können. Einfachbindungen tragen jeweils +1 zur Wertigkeit bei, Doppelbindungen hingegen +2 und Dreifachbindungen +3.
Im Diamanten ist der Kohlenstoff sp3-hybridisiert, d.h. es liegen 4 gleichartige Bindungen zu Nachbaratomen vor (4 x Einfachbindung → Wertigkeit 4).
Sowohl im Graphen als auch im Fulleren liegt Kohlenstoff sp2-hybridisiert vor. Man kann sich das so vorstellen, dass zu 2 Nachbaratomen eine Einfachbindung und zu einem Nachbaratom eine Doppelbindung ausgebildet ist (2 x Einfachbindung + 1 x Doppelbindung = Wertigkeit wieder 4).
Beim Graphit sind nur 3 Wertigkeiten aktiv, ein Elektron bleibt frei. Darum leitet Graphit Strom. Bei der Kugel sind wiederum alle 4 Wertigkeiten aktiv, es bestehen teilweise Doppelbindungen.
Der Begriff "aktive Wertigkeit" ist nicht geläufig. Im Graphen ist Kohlenstoff sp2 hybridisiert, d. h. es werden zu Nachbaratomen drei gleichartige Bindungen ausgebildet, die alle in einer Ebene liegen. Das p-Orbital steht senkrecht dazu und überlappt mit den p-Orbitalen benachbarter Atome und die Elektronen in diesem π-System ermöglichen den Stromfluss. Im Fulleren ist dies genauso, allerdings ist die Ebene hier zu mehreren Kugeln verformt. Stromfluss kann nach wie vor auf der Kugeloberfläche stattfinden, d. h. auf ein Molekül begrenzt, aber nicht zwischen den Kugeln, daher leitet Fulleren als makroskopischer Stoff keinen Strom.
Die Bindungsverhältnisse des einzelnen Kohlenstoffatoms im Fulleren sind jedoch identisch zum Kohlenstoff im Graphen. Mit dem Unterschied, dass Nachbaratome nicht mehr in einer Ebene liegen, sondern leicht gekrümmt sind. Aber würde man beim Graphen von "3 aktiven Wertigkeiten" sprechen, müsste man das beim Fulleren genauso tun.
Ich glaube es ist für den Fragesteller wichtig zu betonen, dass Fullerene Hohlkugeln sind, also anschaulich formuliert ein Stück einer Graphen-Ebene, welche einfach zur Kugel gefaltet wurde, wodurch wie im Graphen nur drei unmittelbare Nachbaratome auf ein Kohlenstoffatom kommen.
Doppelbindungen bei Fulleren: https://www.chemieunterricht.de/dc2/fullerene/full_04.htm
wenn du "Allotropie Kohlenstoff" googelst findest du sofort alle Begriffe, die du einsetzen musst
m.f.G.
anwesende
Ergänzung: Beim Graphit sind nur 3 Wertigkeiten aktiv, ein Elektron bleibt frei. Darum leitet Graphit Strom. Bei der Kugel sind wiederum alle 4 Wertigkeiten aktiv, es bestehen teilweise Doppelbindungen.