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Kohlenstoff – Einführung

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Team Realfilm
Kohlenstoff – Einführung
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Beschreibung Kohlenstoff – Einführung

Ohne Kohlenstoff kein Leben. Denn in allen lebenden Organismen kommt zumindest eine Verbindung mit Kohlenstoff vor. Sowohl deine Bleistiftmine aus Graphit als auch der Diamant in der neuen Kette deiner Mutter bestehen nur aus Kohlenstoffatomen, dennoch sind sie bezüglich der Farbe, der Form und des Härtegrades vollkommen unterschiedlich. Wie kann das sein? In diesem Video erfährst du in welchen verschiedenen Erscheinungsformen das vierthäufigste Element in unserem Universum vorkommen kann, welche Eigenschaften diese haben und wieso kovalente Bindungen eine so wichtige Rolle für das Erscheinungsbild der Elemente spielen.

Jedes Kohlenstoffatom hat 4 Valenzelektronen, also Elektronen in der äußersten Schale, und kann so bis zu vier kovalente Bindungen mit anderen Atomen eingehen. Schon im elementaren Zustand, das heißt, wenn er keine Verbindung mit anderen Atomen eingeht, kann Kohlenstoff in vier allotropen Formen in der Natur vorkommen. Als Allotrope bezeichnet man in der Chemie zwei oder mehr unterschiedliche Strukturformen eines Elements im gleichen Aggregatzustand. Beim Kohlenstoff unterscheiden wir in Graphit, Diamant, Graphen und amorphen Kohlenstoff.

Graphit kennst du aus dem Alltag, denn es wird zum Beispiel für Bleistiftminen genutzt. Daher ist dir sicherlich auch bekannt, dass es sich um einen schwarzen, glänzenden Festkörper handelt und wenn man mit dem Finger daran reibt, bleibt meist etwas davon an deinen Händen zurück. Dies liegt daran, dass bei dieser Verbindung nur drei der vier äußeren Elektronen für die Bindung genutzt werden. So entsteht ein schichtartiger Aufbau, wobei die Bindungen zwischen den Schichten nur schwach ausgeprägt und die nicht gebundenen Elektronen delokalisiert sind. Sie können sich also frei zwischen den Schichten bewegen, sodass Graphit elektrischen Strom leiten kann.

Ebenso bekannt, aber komplett verschieden ist das Allotrop Diamant – eines der härtesten und wertvollsten Materialien der Welt. Im Gegensatz zu Graphit werden hier alle äußeren Elektronen für Bindungen genutzt. Des Weiteren werden nicht nur zweidimensionale Schichten ausgebildet, sondern es entsteht eine dreidimensionale, äußerst stabile Gitterstruktur.

Kohlenstoffhaltige Stoffe wie Steinkohle, Holzkohle und Koks werden meist als amorpher Kohlenstoff angesehen. Hier bilden die Atome keine feste Struktur aus, sodass die Materialien relativ weich sind und aufgrund der freien Elektronen Strom leiten können.

Wir stellen also fest, dass die kovalenten Bindungen einen großen Einfluss auf die Eigenschaften und das Aussehen der gebildeten Stoffe haben und wir je nach Verwendungszweck das Kohlenstoffallotrop mit den für uns passendsten Eigenschaften wählen können.

Transkript Kohlenstoff – Einführung

Kohlenstoff ist das vierthäufigste Element im bekannten Universum nach Wasserstoff, Helium und Sauerstoff. Außerdem ist es auch eines der Wichtigsten, da kein anderes Element so viele unterschiedliche Moleküle bilden kann. Kohlenstoff ist die Grundlage der organischen Chemie, da er in allen lebenden Organismen vorkommt. In seinem elementaren Zustand, wenn er also nicht mit anderen Atomen verbunden ist, kann Kohlenstoff einige faszinierend unterschiedliche Formen annehmen. Der Grund dafür ist, dass jedes Kohlenstoffatom bis zu vier kovalente Bindungen eingehen kann. Sie können sich auf unterschiedliche Weise verbinden, wodurch sie unterschiedliche Erscheinungen annehmen. Wenn ein Element in verschiedenen physikalischen Varianten auftritt, nennt man das Allotropie. Und Kohlenstoff kommt in der Natur in vier allotropen Formen vor. Graphit ist die weichste der allotropen Formen von Kohlenstoff. Es ist ein schwarzer, glänzender Festkörper, der Spuren hinterlässt, wenn man ihn berührt. Der Grund dafür ist, dass die Kohlenstoffatome nur drei ihrer vier äußeren Elektronen nutzen, um sich zu binden. So entsteht der schichtartige Aufbau von Graphit. Die schwachen Bindungen zwischen den Schichten machen Graphit zu einem unglaublich weichen Material, das leicht auseinanderbricht. Die nicht gebundenen Elektronen der Atome können sich frei zwischen den Schichten bewegen. Man sagt, diese freien Elektronen sind delokalisiert. Dadurch kann Graphit elektrischen Strom leiten. Diamant ist eines der härtesten, strahlendsten und wertvollsten Materialien auf der Erde. Die Kohlenstoffatome in Diamant nutzen alle vier äußeren Elektronen, um Bindungen miteinander einzugehen und eine Gitterstruktur zu formen. Während die Kohlenstoffatome im Graphit nur zweidimensionale Schichten ausbilden, ist die Struktur von Diamant dreidimensional. Da er keine freien Elektronen enthält, kann Diamant keinen Strom leiten und ist eines der widerstandsfähigsten Materialien, die der Menschheit bekannt sind. Amorpher Kohlenstoff besteht aus Kohlenstoffatomen, die in keiner festen Struktur miteinander verbunden sind. Kohlenstoffhaltige Stoffe wie Steinkohle, Holzkohle und Koks werden meist als amorph angesehen. Die Atome in amorphem Kohlenstoff besitzen kein einheitliches Muster, deswegen ist er relativ weich und kann dank freier Elektronen Strom leiten. Die natürliche Vielfalt des Elements Kohlenstoff zeigt, welche Rolle kovalente Bindungen für das Erscheinungsbild und die Eigenschaften der gebildeten Stoffe spielen.

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