Kohlenstoff-Atom -- Bindungen?

4 Antworten

Vierfachbindungen (und nach meiner Recherche vor ein paar Monaten auch Bindungen, an denen bis zu 7 Elektronenpaare beteiligt sind, wobei die Bindungsenergie dann aber eher die einer 4,5-fach-Bindung ist) sind möglich, aber nur zwischen ziemlich großen Atomen höherer Perioden - sonst stoßen sich die Elektronen in der Nähe der Atomrümpfe zu stark ab.

Kohlenstoff gehört zur 2. Periode, wo maximal Dreifachbindungen möglich sind. Um zu verstehen, warum, müssen wir uns ein wenig mit Atom- und Bindungsorbitalen auseinandersetzen.

In der 2. Schale können sich maximal 8 Elektronen aufhalten: 2 in der s-Unterschale und 6 in den 3 p- Unterschalen.

Eine Einfachbindung besteht aus 2 Elektronen, die sich auf die s-Unterschalen der gebundenen Atome verteilen. Die Bindung hat die Form eines in der Mitte stark ausgebeulten Stabes. (Auf Hybridisierung und dadurch mögliche mehrere Einfachbindungen will ich hier jetzt nicht näher eingehen.)

Eine weitere s-Bindung würde ebenfalls diesen Raum einnehmen, aber dann würden sich die Elektronen so stark abstoßen, dass sie sich aus dem Bindungsbereich verabschieden würden. Für eine Doppelbindung müssen wir also auf Orbitale zurückgreifen, die weiter von der Verbindungslinie der Atome entfernt sind, vorzugsweise möglichst nah. Das nächstäußere Orbital nach dem s-Orbital ist das p-Orbital.

Eine Doppelbindung besteht deshalb aus einer Einfachbindung, zu der noch je 1 der p-Orbitale der beiden Atome hinzugenommen werden. Das Orbital der zusätzlichen p-Bindung hat die Form einer langgestreckten Ellipse zwischen drn Atomen, ähnlich wie ein seitlich zusammengedrückter Donut oder ein langgezogener Dichtungsring. Auch hier ist die Ausdehnung der "Linie" zwischen den Atomen größer als in der Nähe der Atome.

Beide Bindungsorbitale zusammen überlagern sich zu einer Wolke in Form eines flachen Ellipsoides (ähnlich einem Mandelkern).

Wenn die erste p-Bindung z. B. waagerecht liegt, haben wir oberhalb und unterhalb der Bindung noch Platz für ein zweites p-Bindungsorbital. Wenn dieses ebenfalls gefüllt wird, haben wir eine Dreifachbindung. Die gesamte Elektronenwolke hat dann in etwa die Form eines Rotationsellipsoides (Zigarre, Zeppelin).

Die Elektronenwolke einer Dreifachbindung lässt keinen Platz für noch eine weitere p-Bindung. Eine 4. Bindung muss also nach noch weiter außen ausweichen.

Das nächste Unterorbital nach dem p-Orbital ist das d-Orbital (das 10 Elektronen aufnehmen kann). Dummerweise gibt es ein d-Orbital und damit d-Bindungen erst ab der 3. Schale, also der 3. Periode. Damit fällt eine 4-fach-Bindung für Kohlenstoff aus.

Woher ich das weiß:Hobby – seit meiner Schulzeit; leider haupts. theoretisch

Vielen Dank!!!

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Sind sie, aber dann sind es reine C-Kristalle wie Grafit und Diamant! Die üblichen Bildungsmodelle beziehen sich auf Bindungen mit Fremdatomen.

nein, in Graphit und Diamant hat man keine Vierfachbindungen. In Diamant sind die Kohlenstoffe sp3 hybridisiert, jeder Kohlenstoff hat vier Bindungen zu weiteren Kohlenstoffatomen. Graphit hingegen ist in Schichten aufgebaut, jeder Kohlenstoff hat Bindungen zu drei weiteren Kohlenstoffatomen, ist sp2 hybridisiert, die jeweils 'vierten Elektronen', die pi-Elektronen sind delokalisiert.

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Leider habe ich auf die Frage keine Antwort, aber das Kohlenstoffatom hat den Periodenbuchstaben C und nicht K. K wäre Kalium.

Woher ich das weiß:Recherche

so mehr Bindungen um so unstabiler, weil die winkel dann zwischen den Bindungen enger werden.

Sind "Bindungen" nicht einfach nur gesteigerte Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Elektronen zwischen den beteiligten Atomen? Was hat dann ein Winkel damit zutun?

Ein Winkel zwischen "Wolken" von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, die sich noch dazu stark überlagern. Das klingt nicht sehr plausibel.

Gruß

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@AldoradoXYZ

das hängt von den Model ab, wenn du es in Orbital Modell betrachtest, wird das ganze Natürlich komplizierter. Denke das hat was damit zu tuen das dann viele negative Ladungen dicht konzentriert sind. Und ja diese Wolken können auch winkel zu einander haben man stellt diese Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, als 3D Kugel oder Hantelförmige Objekte vor

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@TheBoringGuy

Man sollte wohl nicht erst das Model wählen und damit dann erklären warum etwas nicht möglich ist, sondern genau umgekehrt.

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@AldoradoXYZ

ich brauch schon ein Modell was auf wahren Grundannahmen basiert, sonnst kann man wenig machen.

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@AldoradoXYZ

Die Winkel sind die zwischen den Achsen der keulenförmigen "Wolken".

Diese Keulen können ein klein wenig, aber nicht stark gebogen sein. Wenn die Winkel zu klein werden, überlappen sich die Wolken zu stark in der Nähe der Atomrümpfe, was die Energie wieder deutlich anhebt.

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@PWolff
überlappen sich die Wolken zu stark

Klingt ganz gut.

was die Energie wieder deutlich anhebt

Welche Energie wird hier angehoben?

Gruß

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@AldoradoXYZ

Die Gesamtenergie des Systems.

Die Bindungsenergie ist die Energie, die das System abgibt, wenn die Bindung zustandekommt, und entsprechend auch die Energie, die man dem System zuführen muss, um die Bindung zu trennen.

Je höher die Energie des gebundenen Systems, desto niedriger die Bindungsenergie.

Wenn die Energie eines (hypothetischen) gebundenen Systems höher ist als die des ungebundenen Systems, wird die (hypothetische) Bindungsenergie negativ. Damit würde das gebundene System Energie abgeben, indem es die Bindung sofort wieder löst, d. h. es kommt gar nicht erst zu einem gebundenen Zustand.

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