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Kohlenstoff

Vorkommen

  • In Form von Diamanten in ehemaligen Vulkangebieten in Südafrika, Brasilien und Russland.
  • In Form von Graphit in Russland und in Deutschland.(bei Passau)
  • In Steinkohle und Braunkohle ist Graphit sehr fein verteilt und stark verunreinigt, durch andere Mineralien und unverkohlte Pflanzenteile, enthalten.
  • Torf besteht aus bis zu 60% aus Kohlenstoff
  • In Anthrazit (hochwertige, glänzende Steinkohle)
  • Gebunden im Kohlendioxid der Luft, im Kalkstein oder Marmor CaCO3, Kreide (keine Schulkreide den die ist Calciumsulfat also Gips)
  • In allen Lebensformen gibt es Kohlenstoff gebunden
  • CaCO3 * MgCO3 Dolomit

Grafit

In der Grafitstruktur ist jedes Kohlenstoffatom durch drei unpolare Atombindungen mit den drei umliegenden Atomen verbunden.
an jedem Eckpunkt sitzt ein Kohlenstoffatom,
diese Struktur breitet sich noch weiter aus
Weil der Kohlenstoff, eigentlich vier Elektronen aufnehmen oder abgeben kann und er hier nur drei zur Ausbildung der Bindungen nutzt, gibt es freie Ladungsträger und daher ist er elektrisch leitfähig.

Auch der Glanz kommt durch die freien Elektronen zustande, außerdem kann er durch die freien Elektronen andere Stoffe an sich binden (Adsorption)

das Adsorptionsvermögen wird in der Pharmazie ausgenutzt mit der „Aktivkohle" (Carbo activatus)

Es herrschen zwischen den einzelnen Schichten keine Bindungen, diese liegen also unabhängig zueinander. Deshalb auch die Eigenschaft des Abreiben, denn die Schichten sind verschiebbar.
Verwendet als Bleistiftminen und als Schmiermittel in der Technik

Oxide des Kohlenstoffs

Kohlenmonoxid

Eigenschaften

  • es ist ein farbloses, geruchloses Gas, das mit schwachleuchtender Flamme zu Kohlendioxid verbrennt. Kohlenmonoxid ist Giftig
  • es ist in technischen Gasen wie Wassergas und Generatorgas (mit CO2 und H2) enthalten, kann aber auch aus schlecht ziehenden Öfen und aus Motorengasen in Garagen gefährlich werden
  • für den Menschen sind bereits 0,05% CO in der Atemluft toxisch, 0,3% wirken in 15 Minuten tödlich

Toxisch ist es daher, weil es mit dem Hämoglobin des Blutes das CO-Hämoglobin bildet, welches kein Sauerstoff transportieren kann. Der Nachweis des hellroten CO-Hämoglobins im Blut geschieht spektroskopisch, bei einer Vergiftung wird hauptsächlich mit Sauerstoff versorgt um den Menschen am Leben zu erhalten, bis er wieder genug Hämoglobin gebildet hat für eine eigenständige Atmung.

Verwendung

  • im Hochofenprozess ist CO das Reduktionsmittel für Eisenoxide
  • für die Synthese vieler Organischer Substanzen, z.B. Methanol, ist CO wegen seiner Reaktionsfähigkeit unentbehrlich

Gewinnung

  • die technische Herstellung erfolgt aus Koks

Kohlen(stoff)dioxid

Vorkommen

  • Natürliches Vorkommen in der Luft (0,03%) und gelöst im Meerwasser, in Mineralquellen(„Sauerbrunnen"), gebunden in verschiedenen Carbonaten.
  • Verbrennung von Koks und Erdöl, Erdgas bzw. Erdölprodukten C + O2 CO2
  • Thermische Zersetzung von Carbonaten (Kalkbrennen)
    CaCO3CaO + CO2
  • Zersetzung von Carbonaten durch Säuren
    CaCO3 + 2 HClCaCl2 + H2O + CO2
  • Kohlendioxid entsteht auch bei biologischen Prozessen
    • Vergärung von Zucker zu Ethanol
      C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
      Glucose          Ethanol          Kohlendioxid
    • Stille Verbrennung (Dissimilation) des Kohlenstoffs der Nahrungsmittel im tierischen und menschlichem und pflanzlichen Organismus. Ausatmluft enthält ungefähr 5% Kohlendioxid.

Eigenschaften

  • Kohlendioxid ist ein farbloses, fast geruchloses und geschmackloses, nicht brennbares Gas, mit einer etwas größeren Dichte als Luft
  • unter Druck wird es flüssig oder auch fest, es kommt in grauen Stahlflaschen in den Handel und wird zu Kühlzwecken und zum Löschen in Feuerlöschern eingesetzt
  • das lineare Molekül des Kohlendioxids ist stabil und verhältnismäßig reaktionsträge
  • Sauerstoff Kohlenstoff Sauerstoff
  • etwa 10% in der Atmluft sind bereits toxisch
  • medizinisch wird ein Gemisch von 5% Kohlendioxid und 95% Sauerstoff bei Atemdepression eingesetzt
  • Kohlendioxidhaltige Bäder regen die Hautdurchblutung an

Kohlensäure

Die Kohlensäure ist nur unter Druck beständig, Frei entweicht sie schnell.
CO2 + H2O H2CO3
    99,9%            0,1%
in Wasser dissoziert Kohlensäure

H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+
HCO3- + H2O CO2- + H3O+

Wasser mit gelöstem Kohlendioxid ist leicht sauer (pH-Wert 5-6), daher kommt der Erfrischende Geschmack.
  Dabei können entstehen
		
Hydrogencarbonate Carbonate
Schwerlöslich in Wasser, außer die Carbonate die mit den Elementen der 1 Hauptgruppe gebildet wurden.
Alkalimetalle
Nachweis:
ergibt in wässriger Lösung mit Phenolphthalein sofort eine deutliche Rotfärbung.

Versuch:

Wenig Natriumcarbonat wird auf ein Uhrglas gebracht. Auf ein zweites, gleich großes Uhrglas wird ein Tropfen Bariumhydroxid gegeben, das Uhrglas schnell umgedreht und das erste Uhrglas gesetzt. Lässt man von der Seite zwei Tropfen Salzsäure 7% auf das Natriumcarbonat laufen, so entwickelt sich Kohlendioxid und der hängende Tropfen trübt sich durch Bariumcarbonatbildung. Die Beobachtung erfolgt am besten auf einem dunklen Untergrund.

Versuch:

In ein Reagenzglas wird etwas Natriumcarbonat, in ein Zweites werden etwa 2ml Bariumhydroxid Lösung (Barytwasser) gegeben. Nun wird das Natriumcarbonat mit einigen Tropfen Salzsäure 7% versetzt und das Reagenzglas sofort mit dem Daumen verschlossen. Im oberen Teil dieses Reagenzglases sammelt sich ein Gas, das durch vorsichtiges „Gießen" über die Bariumhydroxid - Lösung geschichtet wird. Die Flüssigkeiten dürfen dabei nicht gemischt werden. Beim Umschütteln des barytwasserhaltigen Reagenzglases tritt eine weiße Trübung auf.

Verwendung von Hydrogencarbonaten und Carbonaten:

  • Hydrogencarbonate finden Verwendung in Backpulver
    2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 Pfeil + H2O
            durch Erwärmen
    freiwerdende CO2 bläht den Backteig auf
  • Calciumhydrogencarbonat und Magnesiumhydrogencarbonat bilden die temporäre Härte des Wassers, diese ist entfernbar, weil sie beim erhitzen ausfällt.
    Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
    Kesselstein
    Hydrogencarbonate sind in Trickwasser zu finden
  • Tropfsteinhöhlen entstehen durch die Reaktion von Kalk zu Calciumhydrogencarbonat.
    CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
  • Kalkbrennen: CaCO3 CO2 + CaO = Brandkalk
    Eingesetzt als Trockenmittel und Baustoff
    CaO + H2O Ca(OH)2
    Löschkalk
    Löschkalk + Sand = Mörtel
    Mit anderen Zusatzstoffen entsteht Zement, dieser wird im Bau eingesetzt
    Ca(OH)2 + CO2 CaO + H2O
  • Außerdem als Antazida angewendet:
    NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2
    Natron
    z.B. Bulrich´s Salz
    Durch das Kohlendioxid kann es zu Blähungen kommen!
        Na2CO3 + 2 HCl  2 NaCl + H2CO3
        Soda                       
                                     H2O + CO2
        
  • Backtreibmittel:
    Ammoniumcarbonat
    (Hirschhornsalz) z.B. im Amerikaner
    (NH4)2CO3 NH3 + H2O + CO2
    Pottasche
    K2CO3 z.B. in Pfefferkuchen

Kohlenstoffverbindungen

Schwefelkohlenstoff

Ist ein perfektes Lösungsmittel für fast alle organischen Substanzen auch elementaren Phosphor.

Harnstoff

Kohlensäurederivat, weil er ein Abkömmling von der Kohlensäure sind.

Cyanwasserstoff

Blausäure
HCN

Blausäure ist eine extrem schwache Säure, Cyanid ist eine Starke Base.

HSCN         + NH3 NH4SCN
Thiocyansäure         Ammoniumthiocyanat

Maßlösung bei der argentometrischen Rücktitration für Bromide, Chloride, Iodide.

K4[Fe(CN)6] Kaliumhexacyanoferrat(II) gelbes Blutlaugensalz
K3[Fe(CN)6]   rotes Blutlaugensalz
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