Chemisches Element · Referenzseite

Kohlenstoff

Kohlenstoff ist Element 6 (C) in Periode 2, Gruppe 14 und im p-Block. Bei Raumtemperatur ist der Referenzzustand fest. Die Elektronenkonfiguration lautet [He] 2s2 2p2.

Ordnungszahl6

Standard-Atomgewicht[12.0096, 12.0116]

Gruppe14

Periode2

Blockp

Elektronenkonfiguration[He] 2s2 2p2

Elektronenstruktur

Was seine Chemie bestimmt

Kohlenstoff besitzt vier Valenzelektronen und kann besonders stabile kovalente Bindungen mit sich selbst und vielen anderen Elementen bilden. Dadurch entstehen Ketten, Ringe und dreidimensionale Netzwerke.

Die Konfiguration [He] 2s2 2p2 legt die Zahl der Außenelektronen fest. Ob daraus Graphit, Diamant, ein Kohlenwasserstoff oder ein biologisches Makromolekül entsteht, entscheidet anschließend die konkrete Bindungs- und Raumstruktur.

Chemische Formen

Verbindungen, Ionen und Materialien

Elementarer Kohlenstoff besitzt mehrere Allotrope, darunter Graphit und Diamant; Graphen entspricht einer einzelnen graphitartigen Schicht. In Verbindungen bildet Kohlenstoff C–C-Ketten und -Ringe, Mehrfachbindungen, Carbonate, Kohlenstoffdioxid und die Grundgerüste organischer Moleküle.

Physikalisches Verhalten

Aggregatzustand und Phasenübergänge

Der Referenzzustand von Kohlenstoff bei Raumtemperatur ist fest. Zu den angegebenen Stoffdaten gehören Dichte: 1.821 g/cm³. Messwerte können von Reinheit, Druck, Kristallstruktur oder allotroper Form abhängen.

Vorkommen und Anwendungen

Wo Kohlenstoff vorkommt und wofür es verwendet wird

Kohlenstoff kommt elementar als Graphit oder Diamant sowie gebunden in Kohlendioxid, Carbonaten, fossilen Rohstoffen und sämtlichen organischen Molekülen vor. Seine technische Nutzung reicht von Stahl und Elektroden bis zu Hochleistungswerkstoffen.

In der Praxis

Konkrete Anwendungsbeispiele

Moleküle des Lebens

Kohlenstoff ist Bestandteil wichtiger Moleküle des Lebens und trägt zu deren Struktur oder chemischer Reaktivität bei.

Graphit

Graphit besteht aus Kohlenstoffschichten, die sich leicht gegeneinander verschieben. Dadurch eignet sich das Material unter anderem für Elektroden, Schmierstoffe und Schreibminen.

Diamant

Diamant ist ein dreidimensional vernetztes Kohlenstoffmaterial. Die starke Bindungsstruktur erklärt seine große Härte und den Einsatz in Schneid- und Schleifwerkzeugen.

Verbundwerkstoffe

Kohlenstoff wird in bestimmten Verbundwerkstoffen eingesetzt, wenn seine Fasern, Partikel oder Verbindungen Festigkeit, Steifigkeit, Temperaturbeständigkeit oder elektrische Eigenschaften verbessern.

Position im Periodensystem

Was die Nachbarelemente zeigen

Kohlenstoff steht in Periode 2, Gruppe 14 und im p-Block. Im dargestellten Ausschnitt liegen links davon Bor; rechts davon Stickstoff, Aluminium. Solche Vergleiche zeigen, welche Eigenschaften sich innerhalb einer Periode oder Gruppe regelmäßig verändern und welche Besonderheiten das Element selbst besitzt.

Referenzdaten

Physikalische und atomare Eigenschaften

KlassifikationNichtmetall

Aggregatzustand bei RaumtemperaturFest

Elektronenschalen2 · 4

Dichte1.821 g/cm³

Schmelzpunkt—

Siedepunkt—

Pauling-Elektronegativität2.55

Erste Ionisierungsenergie1 086 kJ/mol

Elektronenaffinität121.8 kJ/mol

Die Werte beziehen sich, soweit anwendbar, auf das Element oder das neutrale Atom. Stoffdaten können von allotroper Form, Druck, Reinheit und Messbedingungen abhängen.

Geschichte

Entdeckung und Identifizierung

Die Geschichte von Kohlenstoff umfasst die Beobachtung seiner Stoffe, die Identifizierung als eigenständiges Element und die spätere Einordnung nach Ordnungszahl. Diese Schritte lagen historisch nicht immer zeitlich zusammen.

Isotope und Atomgewicht

Wie die Isotopenzusammensetzung die Zahlen verändert

Das Standard-Atomgewicht wird als Intervall [12.0096, 12.0116] angegeben. Natürliche Isotopenverhältnisse können zwischen Proben leicht schwanken; eine einzelne Dezimalzahl würde diese reale Variation verdecken.

Isotope von Kohlenstoff besitzen dieselbe Protonenzahl, unterscheiden sich aber in der Zahl der Neutronen. Dadurch ändern sich Atommasse und bei radioaktiven Isotopen auch Kernstabilität und Halbwertszeit.

Sicherheit

Umgang und Exposition

Die Gefährdung durch Kohlenstoff hängt von chemischer Form, Dosis und Aufnahmeweg ab. Element, Ionen und Verbindungen können biologisch sehr unterschiedlich wirken; maßgeblich sind die Sicherheitsdaten der tatsächlich verwendeten Substanz.