Diamant: kubisch (Schichtenabfolge ABC), C C: Å hexagonaler Diamant (Lonsdaleit, ABAB) Buckminsterfullerene: C 60, C 70,...

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1 Kohlenstoff Vorkommen: Elementar (Graphit, Diamant) O 2 in Atmosphäre, arbonate (Kalk, Kreide) Biomasse, Kohle, Erdöl, Erdgas in Erdkruste ca. 180 ppm (17. Stelle) Element-Modifikationen: Graphit: α-graphit (hexagonal, Schichtenabfolge ABAB): stabilste Modifikation bei RT und ormaldruck β-graphit (rhomboedrisch, ABAB) -Abstand: 1.415Å innerhalb der Schichten, 3.354Å zwischen den Schichten Diamant: kubisch (Schichtenabfolge AB), : Å hexagonaler Diamant (Lonsdaleit, ABAB) Buckminsterfullerene: 60, 70,

2 5 6 Graphit Eigenschaften: graue, undurchsichtige, fettige Masse schwacher Metallglanz, sehr weich (K Subl = 3370 ) 3 lokalisierte σ-bindungen, 4. Valenz-e - in delokal. π-orbitalen gute elektrische Leitfähigkeit, guter Wärmeleiter Verwendung: sehr hitzebeständig: Tiegel zum Schmelzen von Metallen chem. inert, elektr. Leiter: Elektroden sehr weich: Schmiermittel, Bleistifte bremst eutronen ab: Moderator in Kernreaktoren Kohlenstoff-Fasern: kontroll. Pyrolyse (2700 ) von Polyacrylnitril unter Zugspannung: 6 -Schichten parallel zur Faserrichtung: fester als Stahldrähte Pyrographit: -Abscheidung bei 2000 auf glatten Oberflächen (z.b. glasiertem Porzellan) und graphitieren bei 3000 : Schichten zur Oberfläche: extreme Anisotropie der Leitfähigkeit: Hitzeschild (Raumfahrzeuge) 7 8

3 Eigenschaften: farblose, glänzende, äußerst harte, spröde Kristalle 4 lokalisierte Einfachbindungen (sp 3 -Hybridisierung) in allen drei Raumrichtungen: höchste Wärmeleitfähigkeit (5 höher als von u) aber elektrischer ichtleiter bei RT Metastabil: Diamant {1500 } Graphit Graphit {3000, bar 1600, 70000bar, Kat.} Diamant (ca. 20 t künstliche Diamanten pro Jahr) Verwendung: Schleifscheiben zur Bearbeitung sehr harter Materialien Bohrerspitzen, Achsenlager, Ösen zum Ziehen harter Drähte Schmuckedelstein (1 Karat = 0.2g; ullinan: 3106 Karat) Diamant 9 F x : Graphitfluorid (0.25 < x < 1.12) Graphit + F 2 {400 } (F) x Graphitverbindungen (kann HF-katalysiert explosionsartig schon bei tieferer Temperatur ablaufen F 2 - Darstellung mit Graphitelektroden bei 90 ) x 1: farblos, hydrophob, elektr. ichtleiter, inert (Säuren, Basen) gewellte Schichten des Graphits, F alternierend ober-, unterhalb x 0.25 = 4 F: schwarz, elektrische Leiter planare Graphitschichten, nur jedes 4. -Atom trägt ein F-Atom Graphit-Einlagerungsverbindungen: M 8 : goldgelbe, spröde Verbindungen Graphit + M (l, g) M 8 [M = K, Rb, s] bzw. M 6 [M = Li] höhere Stufen: M 24 : stahlblau, M 36 : dunkelblau, M 48, M 60 : schwarz Zersetzung beim Erhitzen, Hydrolyse mit H 2 O (explosionsartig!) nk 8 + MX n M 8n + nkx [MX n : Mnl 2, Fel 3, Znl 2,...] 10 Graphit-Einlagerungsverbindungen a) mit vielen Halogeniden (vor allem hloriden): Ml 2 [M = Be; Mn, o, i, u, Zn,...] Ml 3 [M = B... Tl; r, Fe, Au,...] Ml 4 [M = Zr, Ir, Pd, Pt,...] Ml 5 [M = Sb, Mo,...] Ml 6 [M = W, U,...] aber auch: BrF 3, IF 5, XeF 6, TiF 4, MF 5 [M = As, Sb], UF 6 Br 2, ubr 2, AlBr 3, AuBr 3 Darstellung durch Erhitzen der Reaktanten 1. Stufe im allgemeinen blau b) mit Oxiden, Sulfiden: SO 3, 2 O 5, l 2 O 7, ro 3, MoO 3 ; V 2 S 3, Sb 2 S 5 c) mit Oxosäuren ( Graphitsalze ): H 2 SO 4 + ¼O HSO 4-2H 2 SO 4 (blau) + ½H 2 O analog: HO 3, HlO 4, HSO 3 F, HSO 3 l, H 3 PO 4,

4 arbide 1) salzartige arbide: a) Methanide Be 2, Al 4 3 enthalten nur formal -4 - Anionen Darstellung: aus Elementen; 2BeO + 3 {2000 } Be 2 + 2O Hydrolyse: Al H 2 O 3H 4 (Methan) + 4Al(OH) 3 b) Acetylide M I 2 2, M II 2, Ln 2, Ln 4 ( 2 ) 3 : - Anionen - Abstand sehr variabel: a 2 : 1.192Å... U Å Darstellung: 2 H 2 + 2M I {gelöst in H 3 (l)} M I H 2 2 H 2 + M II {500 } M II 2 + H 2 ao + 3 {2200 } a 2 + O [früher 2 H 2 -Hauptquelle] Reaktionen: heftige Reaktion mit H 2 O: a 2 + 2H 2 O 2 H 2 + a(oh) 2 M I ½O 2 {Erhitzen an der Luft} M I 2O 3 + O 2 a {1000 } + a 2 [ H 2 2 (yanamid)] c) Allenide Li 4 3, Mg 2 3 : [==] -4 - Anionen Hydrolyse: Mg H 2 O H H 3 (Propin) + 2Mg(OH) 2 Be 2 a arbide 2) kovalente arbide: Si, B 12 3, B 13 2, B 24 (s. Si, B) 3) metallartige arbide: Einlagerungsverbindungen: -Atome in Oktaederlücken der dichtesten Kugelpackungen der Metallatome (vgl. Boride, Silicide, itride) M: alle Oktaederlücken sind gefüllt (unabhängig von der Wertigkeit von M): z.b. M = Ti, Zr, Hf; V, b, Ta; Mo, W; U (meist c.c.p.) M 2 : nur die Hälfte der Oktaederlücken ist gefüllt: z.b. M = V, b, Ta; Mo, W (h.c.p.) Eigenschaften: hohe Schmelzpunkte ( ); relativ inert große Härte (8-10 auf der Mohs schen Härteskala) metallischer Glanz, metallische Leitfähigkeit 15 16

5 Halogenide F 4 : sehr stabiles Gas (große Festigkeit der F-Bindung) FKW + Säuren, Basen, Ox.-, Reduktionsmittel {600 } Darstellung: Si, F 2 l 2, F 3 l + F 2 ; O 2, O, Ol 2 + SiF 4 2 F 4 : Polymerisierbar zu Polytetrafluorethen (PTFE, Teflon): Hl 3 + 2HF 2Hl + HF 2 l {, Hl} 2 F 4 ( 2 F 4 ) n Verwendung: Schutzüberzug für Küchengeräte, Lager, Dichtungen l 4 : apolares Lösungsmittel (K p = 77 ); giftig, cancerogen Darstellung: H 4 + 4l 2 l 4 + 4Hl; S 2 + 3l 2 l 4 + S 2 l 2 F n l 4-n : FKWs (Freone): Ozonkiller; Darstellung: l 4 + HF Ol 2 : Phosgen: hochgiftiges Gas (K p = 8 ) Darstellung: O + l 2 {Aktivkohle} Ol 2 Verwendung: hochreine Metallchloride aus Oxiden: + SnO 2 Snl 4 + R-H 2 R-==O (Isocyanate) Polyurethane [weiters: Br 4, 2 Br 6, 2 Br 4, 2 Br 2 ; I 4, 2 I 4, 2 I 2 ; OF 2, OBr 2,...] 17 Gas (farb-, geruchlos, K p = -191 ); wenig H 2 O-löslich (20 : 0.8g/l) hochgiftig: Affinität zu Hämoglobin 300 mal größer als die von O 2 Darstellung: HOOH + H 2 SO 4 c. {120 } O (Ameisensäure-Anhydrid) technisch: 2 + Luft (O ) 2O (Generatorgas) + H 2 O O + H 2 (Wassergas) H 4 + H 2 O O + 3H 2 (Spaltgas) Boudouard-Gleichgewicht: + O 2 2O ( ) Reaktionen: verbrennt an der Luft mit bläulicher Flamme zu O 2 Reduktion mit H 2 (abhängig von Katalysatoren, T, p): O + 2H 2 {u 2 O, 100bar} H 3 OH H 2 O + H 2 2O + 3H 2 {u 2 O+Alkali, 100bar} (H 2 OH) 2 (Glykol) O + H 2 {Fe, 40bar} n H 2n+2 bzw. n H 2n + H 2 O O + MOR {160, 4bar} ROOM (R = H, H 3 ) O 18 O 2, H 2 O 3 O 2 : farbloses Gas (K Subl = -78 ; Tripelpunkt: -57, 5.3bar) hohe Sublimationsenthalpie: Trockeneis, Kohlensäureschnee Infrarot-Absorbtion: Treibhauseffekt der Atmosphäre (0.03%) H 2 O-löslich: 20 : 1.8g/l, 0 : 3.3g/l: schwach-saure Lösung: O 2 + H 2 O H 2 O 3 H + + HO 3 - (pk S = 3.88; 10.33) freie (OH) 4 (Orthokohlensäure) ist wie H 2 O 3 nicht isolierbar: (OH) 4 O(OH) 2 + H 2 O 2H 2 O + O 2 wohl aber Ester: (O 2 H 5 ) 4, O(O 2 H 5 ) 2 Salze: Hydrogencarbonat HO 3 -, arbonat O 3 (trigonal-planar) Darstellung: Koksverbrennung, Kalkbrennen, Gasquellen: + O 2 O 2 ; O + H 2 O O 2 + H 2 ao 3 { } ao + O 2 im Labor: ao 3 + 2Hl al 2 + H 2 O + O 2 Verwendung: inertes Schutzgas, Feuerlöscher, Treibgas, Kühlmittel, Erfrischungsgetränke, Dünger [O(H 2 ) 2 ], Hochdruckextraktion 19 Sulfide S 2 (Schwefelkohlenstoff): flüssig (K p = 46 ), giftig brennbar: Selbstentzündung ab 100 ; Zersetzung durch Licht Darstellung: + S 2 {900 } S 2 ; H 4 + ½S 8 S 2 + 2H 2 S Reaktionen: S 2 + 3O 2 {100 } O 2 + 2SO 2 S 2 + H 2 O {200 } H 2 S + OS {H 2 O, 300 } O 2 + H 2 S S 2 + S S 3 (Trithiocarbonate) 3S 2 + 6OH - O 3 + 2S 3 + 3H 2 O Verwendung: Lösungs-, Extraktionsmittel, l 4 -Darstellung 20

6 Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen H (yanwasserstoff, "Blausäure"): hochgiftig (vgl. O) farblos (K p = 26 ), schwache Säure (pk S = 8.68) Tautomerie: H (itrilform) H (Isonitrilform) Darstellung: früher: 2a H 3 {750 } 2a + 3H 2 a + H + H + a + jetzt: H 4 + H 3 {Pt, 1250 } H + 3H 2 (Degussa) Reaktionen: 4M O 2 + 2H 2 O 4M() OH - [M=Ag, Au] Verwendung: Methylmethacrylat, Blaupigmente M I [Fe II Fe III () 6 ], Gewinnung von Ag, Au; itrile R, Isonitrile R 2 2 (Dicyan ): linear; farbloses giftiges Gas (K p = 1 ) Darstellung: Technik: 2H {O 2, l 2, O 2 } () 2 Labor: u +2 {H 2 O, 60 } () 2 + 2u + () 2 {300 } () x [Paracyan] {800 } () 2 {850 } "Pseudohalogen": () 2 + 2OH O - + H 2 O (vgl. l 2 ) 21 X (Halogencyane): linear, trimerisieren leicht Darstellung: K + l 2 Kl + l (K p = 13 ) 3l [hlorcyan] (l) 3 [yanurchlorid] Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen H==O (Isocyansäure): trimerisiert leicht, pk S = 3.92 Darstellung: a 2 O 3 + 2O(H 2 ) 2 2aO + (H 4 ) 2 O 3 ao + Hl HO (3%) + H==O (97%) O(H 2 ) 2 { } H==O + H 3 3HO (HO) 3 [Isocyanursäure] (HO) 3 [yanursäure] HO OH OH O H H yanursäure Isocyanursäure O O H l l l 22 Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen H 2 (yanamid): farblose Kristalle (F p = 42 ) Darstellung: a {1000 } a + a + O 2 + H 2 O {ph=5} H 2 + ao 3 H 3 + l H 2 + Hl Reaktionen: H 2 + H 2 O O(H 2 ) 2 2H 2 =(H 2 ) 2 [Dicyandiamid] [ph 2 oder ph 12] [ph=7...9] =(H 2 ) {H 2 3, p, 220 } (H 2 ) 3 [Fp = 209 ] [Melamin] Verwendung: Dünger ( Kalkstickstoff ); Harnstoff, Melamin [weiters: Knallsäure HO (Fulminate), Isoknallsäure HO, yanurchlorid (l O) 3 ; Thioderivate] 23 24