Grundlagen der Kohlenstoffchemie

Die Kohlenstoffchemie beschäftigt sich mit dem Aufbau, den Eigenschaften und dem Reaktionsverhalten des Kohlenstoffes, sowie dessen Verbindungen. Ein Synonym für die Kohlenstoffchemie ist auch allgemein die organische Chemie oder Organik.

Kohlenstoff wird mit dem chemischen Zeichen C (für Lateinisch Carboneum, Holzkohle) beschrieben. Es gehört zu der Gruppe der Nichtmetalle und befindet sich in der 6. Hauptgruppe, besitzt 4 Außenelektronen. Je nach Zustand im Bezug auf die räumliche Anordnung ist es schwarz, farblos oder gelbbraun. Die Atommasse beträgt ungefähr 12,011 u und ist der typische Bezugspunkt für den Stoffmengenbegriff des Mols. Das Kohlenstoffatom findet man immer als Gemisch aus verschiedenen Isotopformen (¹²C, ¹³C, ¹⁴C).

Sonderstellung des Kohlenstoffatoms

Das Kohlenstoffatom weist eine gewisse Form der Sonderstellung im Periodensystem auf, und kennzeichnet sich besonders durch folgende Eigenschaften:

• Es steht in der Mitte der 2. Periode des Periodensystems.
• Es besitzt die geringste Tendenz zur Bildung von Ionen.
• Es besitzt die größte Tendenz zur Ausbildung kovalenter Bindungen.
• Es ist vierbindig (maximale Wertigkeit), kann mit 4 anderen Atomen kovalente Bindungen ausbilden bevorzugte Bindungspartner sind  andere C-Atome und H-Atome.
• Bildung von Strukturen: Ketten, Ringe, Netze, Gitter
• Es  bildet Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen aus: C-C, C-H, C-N, C-O, C-F, C-S, ... C=C, C=N, C=O, C=S, ... C≡C, C≡N, …

Organische Verbindungen

Verbindungen aus Kohlenstoff mit anderen Elementen bezeichnet man als organische Verbindungen. Sie weisen eine große Strukturvielfalt auf und  sind durch ihr C-C-, C-H- sowie meistens C-Nichtmetall-Bindungen sehr stabil (hohe Bindungsenergie).  In einer chemischen Reaktion sind sie zumeist träge und oxidationsbeständig, oder auch allgemein kinetisch stabil.