Elemente, Schulbuch

Abb. 165.1: Die Elemente der Kohlenstoffgruppe Abb. 165.5: Die Moleküle von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid Abb. 165.4: Das C 60 -Fulleren-Molekül Abb. 165.3: Kohlenstoff: Daten C Si Ge Sn Pb Kohlenstoff Silicium Germanium Zinn Blei 14. Gruppe Urzeit 1823 1885 Bronze- Alter- entdeckt Farbe schwarz dunkelgrau grauweiß grauglänzend Bläulichweiß zeit tum C Si Ge Sn Pb +4 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 Abb. 165.2: Die Oxidationszahlen der Elemente der Kohlenstoff- gruppe häufig/wichtig selten/weniger wichtig nicht bekannt/unwichtig 165 7.3 DIe 2. GrUPPe – ErdalKalIMetalle 7.4 DIe 14. GrUPPe 7.4 DIe 14. GRUPPe Elektronenanordnung in der äußersten Schale: s 2 p 2 Die 14. Gruppe – früher 4. Hauptgruppe – enthält die Elemente Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Blei. Kohlenstoff ist ein reines Nichtmetall, Silicium und Ger- manium sind Halbleiter, Zinn und Blei sind Metalle. Kohlenstoff und seine Verbindungen Die Modifikationen des elementaren Kohlenstoffs sind Diamant, Grafit und die in den 1980er-Jahren entdeckten Fullerene. Die ersten beiden wurden als typische Vertreter von Raum- und Schichtgitter in Kap. 2.4 vorgestellt. Ruß besteht zum Großteil aus feinst verteiltem Grafit, enthält aber meist noch organische Verbindungen. Die Fulle- rene sind im Vergleich zu den Gitterstrukturen „kleine“ Kohlenstoff-Moleküle mit einer definierten Anzahl von C-Atomen (C 60 , C 72 , C 84 etc.). Sie sind meist kugelförmig. Im In- neren der Kugel können einzelne Fremdatome oder Fremdionen eingeschlossen sein. Die Untersuchung solcher Strukturen ist ein aktuelles Forschungsgebiet. Kohlenstoff ist das Grundelement aller organischen Verbindungen. Hier tritt der Kohlenstoff in allen Oxidationszahlen zwischen +4 und –4 auf. Da mehr als zehn Mal so viele organische Verbindungen als anorganische bekannt sind, können hier nur die wichtigsten anorganischen Kohlenstoffverbindungen erwähnt werden. Der organischen Chemie wird der 2. Band gewidmet sein. Kohlenstoffmonoxid Kohlenstoffmonoxid – CO – ist ein giftiges Gas und ein Luftschadstoff. (Kap. 6.3.5) In der Technik dient es als Bestandteil von Heizgasen (Hochofengichtgas) und als Bestandteil von Synthesegasen in der organischen Chemie (Synthese von Methanol). Es steht über das Boudouard´sche Gleichgewicht mit Kohlenstoffdioxid in Zusam- menhang. (Kap. 5.7) CO 2 + C 2 CO ∆ H = 171 kJ CO ist als Produkt von Verbrennungsprozessen unerwünscht. Daher müssen Koh- lenstoff und kohlenstoffhältige Verbindungen entweder mit genügend Luftüber- schuss verbrannt werden (Öl- und Gasheizungen) oder bei möglichst niedriger Tem- peratur (Koksheizung). Benötigt man im Labor Kohlenstoffmonoxid, so kann man es aus Ameisensäure gewinnen. ■ 165.1: Herstellen von Kohlenstoffmonoxid Im Abzug durchführen! Man mischt in einem Rundkolben vorsichtig konzentrierte Ameisensäure mit konzent- rierter Schwefelsäure. Der Kolben wird mit einem Stopfen verschlossen, durch den ein Gasrohr geführt ist. Man erwärmt mit dem Gasbrenner, worauf Gasentwicklung ein- tritt. Nach Verdrängung der Luft entzündet man das entweichende Kohlenstoffmono- xid am Glasrohr. Es brennt mit blauer Flamme. LEHRERVERSUCH Kohlenstoffdioxid Kohlenstoffdioxid – CO 2 – ist ein wichtiger Bestandteil der Atmosphäre. (Kap. 6.1) Löst man es unter Druck in Wasser, so entsteht in geringer Menge Kohlensäure – H 2 CO 3 . CO 2 wird daher oft fälschlich als Kohlensäure bezeichnet. Das Gas ist ungiftig, wirkt aber erstickend. Es kann durch seine hohe Dichte die Luft verdrängen, wenn es, wie zB bei der alkoholischen Gärung, in großen Mengen entsteht (Gärgasunfälle in Weinkellern). Bei der Lagerung von Äpfeln verdrängt man die Luft im Lager ab- Kohlenstoff 12,0 6 EN 2,5 C Sublimationspunkt Grafit : 3750 °C Aufbau: Diamant … Raumgitter Grafit … Schichtgitter Fulleren … C 60 -Moleküle Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv