Struktur des Kohlenstoff-Atoms

Die Verbindung Methan ist die am einfachsten aufgebaute Verbindung in der Familie der Kohlenwasserstoffe. Ein Methanmolekül besitzt nur ein Kohlenstoff-Atom. Aus diesem Grund wollen wir uns zunächst einmal mit einem Kohlenstoff-Atom bzw. mit dem Element Kohlenstoff etwas näher beschäftigen:

 

Kohlenstoff finden wir im PSE in der zweiten Periode (Zeile). Somit besitzt ein Kohlenstoff-Atom zwei Schalen, nach dem Schalenmodell. Es befindet sich in der 4. Hauptgruppe und besitzt somit vier Valenzelektronen.

Nach dem Kugelwolkenmodell befinden sich im äußeren Aufenthaltsbereich vier Kugelwolken, die jeweils mit einem Elektron gefüllt sind.

 

 

Das Besondere

Das Element Kohlenstoff nimmt eine Sonderstellung im PSE ein. Mit den vier freien Elektronen auf der Valenzschale hat das Kohlenstoff-Atom sowohl die Neigung Elektronen abzugeben, als auch welche aufzunehmen, um stabile Außenschalen bzw. voll besetzte Kugelwolken zu erhalten.

Alle anderen bisher besprochenen Elemente haben entweder die Neigung Elektronen aufzunehmen (Nichtmetalle) oder welche abzugeben (Metalle).

Diese Zwischenstellung des Kohlenstoffs werden bei der Betrachtung von zwei Modifikationen des Kohlenstoffs deutlich: 

 

Graphit ist metallisch glänzend und erinnert eher an ein Metall. Ein Diamant hingegen sieht keineswegs wie ein Metall aus, sondern wie ein Nichtmetall.

 

Konsequenzen für die Bindefähigkeit von Kohlenstoff-Atomen

Kohlenstoff besitzt eine mittlere Elektronegativität von 2,5. Die meisten Atomsorten (Elemente), die sich mit Kohlenstoff gerne binden, besitzen ähnliche Elektronegativitätswerte. Die entstehenden Atombindungen sind, wenn überhaupt, nur schwach polarisiert. Die Elektronegativitätsdifferenz einer solchen Bindung liegt unter 0,5. Infolge dieser Unpolarität können die Moleküle untereinander keine "Wasserstoffbrücken ausbilden" (vergleiche hierzu noch einmal den Zusammenhang beim Wasser).

Die folgende mindmap zeigt noch weitere Besonderheiten, die sich aus den beschriebenen Strukturmerkmalen des Kohlenstoff-Atoms ergeben, und auf die in den folgenden Kapiteln noch näher eingegangen wird: