Organische Chemie -
Kohlenstoff - Kohle
© stu 2004/07/13 (last update)
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Die organische Chemie behandelt die Kohlenwasserstoffverbindungen und Stoffe, die sich davon ableiten. Themen der 4. Klasse: Erdgas, Erdöl, Treibstoffe, Kunststoffe, Alkohole, Säuren, Lebensmittel, Textilien, etc.

Kohlenstoff

C hat 4 Außenelektronen, ist also meist 4-wertig (außer in CO). C ist fest, in Lösungsmitteln unlöslich und brennbar. Alle Organismen bestehen aus Kohlenstoffverbindungen. Die Chemie der Kohlenstoffverbindungen ist die "organische Chemie", mit den Lebensvorgängen beschäftigt sich die "Biochemie". In der "anorganischen Chemie" werden CO, CO2, H2CO3 und die Carbonate behandelt.

Reiner Kohlenstoff: Diamant, Graphit und Fullerene

Diamant
Graphit
Fullerene
Im Diamantgitter ist die Grundstruktur ein C in der Mitte eines Tetraeders. Der Abstand  ist zwischen allen C-Atomen gleich klein (starke Bindungskräfte) daher die grosse Härte. Das Graphitgitter ist ein Schichtgitter, innerhalb der Schicht sind die Abstände klein (die Bindung stark), zwischen den Schichten sind die Abstände groß (schwache Bindungskräfte). Daher können die Schichten übereinander gleiten => geringe Härte. Die Elektronen zwischen den Schichten sind beweglich => elektrische Leitfähigkeit. Die "Buckyballs" wurden erst vor einigen Jahren entdeckt. Sie sind z. B. aus 60 C-Atomen aufgebaut. Momentan versucht man Anwendungen für diese Stoffe zu finden.
Diamant ist extrem hart, spröd, farblos, brennbar, unter großem Aufwand synthetisch aus Graphit herstellbar. Verwendung zum Glasschneiden, als Schleif- und Bohrmittel. Graphit ist sehr weich, leitet elektrischen Strom,  Verwendung als Elektrodenmaterial, Schmiermittel, in Bleistiften. Näheres über Fullerene bzw. "Buckyballs" gibt es im Internet (siehe auch "Links").

Kohle

Kohle entstand im Laufe von Jahrmillionen unter Luftabschluss aus Pflanzen. Je nach Alter unterscheiden sich Kohlen (Braunkohle, Steinkohle, Anthrazitkohle, etc.) in ihrer Zusammensetzung, ihrem Heizwert und in der Zusammensetzung ihrer Verbrennungsprodukte.

Kohle besteht aus: 
 
65 - 92% C 4 - 8% H 2,5 - 30% O 1 - 1,2% N 0,5 - 3% S


"Künstliche Kohlen" werden nach demselben Prinzip hergestellt. Koks unter Luftabschluss aus Kohle, Holzkohle aus Holz, Aktivkohle aus Knochen und anderem organischen Material. 
Dabei entstehen als Nebenprodukte Teer und ein brennbares Gasgemisch. 
Bei der Zersetzungsdestillation von Holz entstehen auch Methanol und Essigsäure.


 

Neben dem Teer entsteht auch Essigsäure und Methanol.


Holz zersetzt sich in der Hitze, brennbare Gase entstehen, Kohlenstoffgerüst bleibt übrig.
Bei der Zersetzungdestillation von Holz unter Luftabschluss entsteht ein brennbares Gasgemisch, das Kohlenstoffgerüst bleibt übrig = Holzkohle. Bei der Verbrennung von Holz reagiert das brennbare Gasgemisch sofort mit dem Luftsauerstoff = Flamme.
Die Holzkohle kann ohne Flamme verbrannt werden. Wenn die Gasentwicklung vorbei ist, verglüht das Kohlenstoffgerüst = Glut.

Bei der Herstellung von Koks (ziemlich reiner Kohlenstoff) aus Kohle entsteht ein brennbares Gasgemisch (H2, CO, CO2, CH4, N2, etc.), das früher als "Stadtgas" verwendet wurde. Stadtgas enthält CO und ist giftig. Heute wird statt dessen Erdgas verwendet. 
Koks wird im Hochofen zur Gewinnung von Roheisen verwendet. 
Aus Koks und Wasserdampf läßt sich "Wassergas" (CO und H2) herstellen. 
Der Wasserstoff kann für die Ammoniak-Synthese (NH3) oder zur Herstellung von Benzin aus Kohle oder von Methan (CH4) verwendet werden.

Reaktionsgleichungen:
1) Aus Koks und Wasserdampf entsteht Kohlenmonoxid und Wasserstoff,
2) Aus Stickstoff und Wasserstoff entsteht Ammoniak.
3) Aus Kohlendioxid und Wasserstoff entsteht  CH4 (Methan) und Wasser. (siehe Lösungsseite)

Aktivkohle

Aktivkohle (früher: Tierkohle) wird durch Zersetzung organischen Materials unter Luftabschluss hergestellt.
Aufgrund ihrer grossen Oberfläche bleiben viele Stoffe (Farb-, Geruchs-, Geschmacks-, Giftstoffe, etc.) an der Aktivkohle haften.
Verwendung: Kohletabletten (bei Darmbeschwerden), zur Wasseraufbereitung, in Zigarettenfiltern, bei der Abgasreinigung, in Gasmasken, etc.

Wenn du aus der Hausapotheke einige Kohletabletten nimmst und sie zu einem Pulver zerdrückst, kannst du damit Fruchtsaftlimonaden, wie Fanta oder andere Fruchtsäfte (vor allem rote) entfärben. Du brauchst nur das Pulver gut mit dem Fruchtsaft mischen und danach durch einen Kaffeefilter oder durch ein Blatt Küchenrolle zu filtrieren. Das Filtrat sollte farblos, geruchlos und ohne Aroma (bis auf den Zucker) sein.
Mit Cola funktioniert das Experiment nicht gut, aber mit den meisten Fruchtsäften funktioniert es schon.

Lösungen
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