2.5 Kohlenstoff, Silicium und Bor

Question 1

Kohlenstoff

Answer 1

• Hybridisierung ( Verschmelzen der s- und p_x-,p_y- und p_z- Orbitale)
• ⇒ Ein-/Mehrfachbindung, Hohe Tendenz zur Selbstverkettung
• Mehrere Modifikationen: Graphit, Diamant, Fullerene, Nanotubes
• Oxide: CO, CO₂, C₃O_2, C₁₂O₉,Mellitsäure,Malonsäure

Question 2

CO

Answer 2

• Entsteht bei unvollständiger Verbrenung
  C+H₂O → CO + H₂
• Stärkste bekannte Bindung
• Reaktionen:
  
  • Reduktion: Fe₂O₃+3CO → 3CO₂+2Fe
  • Bildung von Metallcarbonylen:
    Ni+4CO ⇔ Ni(CO)₄

Question 3

CO₂

Answer 3

• ensteht bei Verbrennungsprozessen, Kalkbrennen(CaCO₃ → CaO+CO₂),
  Gärung, Säure + Carbonate
• Verwendung als Trockeneis

Question 4

Mellitsäure

Answer 4

Question 5

Malonsäure

Answer 5

Question 6

Ruß

Answer 6

C_x+H_y+y/4O₂ → xC+ y/2 H₂O

ca. 7,3 Mio. t/a

Question 7

Boudouard-Gleichgewicht

Answer 7

C+CO₂ → 2CO

50/50 bei 700 °C

hohe Disproportinierung bei 25 °C

Question 8

Wassergas-Gleichgewicht

Answer 8

CO+H₂O ⇔ CO₂ +H₂

Reaktionsenthalpie: 41,0 kJ/mol

Question 9

Fullerene

Answer 9

Question 10

Nanotubes

Answer 10

ca. 1,2 nm Durchmesser

mehrere µm Länge

extrem stabil, elektrisch Leitfähig, geringe Dichte

Question 11

Diamant

Answer 11

KZ: 4

normal ccp, auf Meteoren auch hcp

sp³-Hybrid ⇒ nur σ-Bindungen, tetraedisch verknüpft

höchste bekannte Wärmeleitfähigkeit

keine elektrische Leitfähigkeit

metastabil

Question 12

Graphit

Answer 12

Alpha-Graphit: ABAB-Folge
stabilste Modifikatiion bei STAP, sp²-Hybrid, planar

Beta-Graphit: ABCABC_Folge

Question 13

Bor - Darstellung

Answer 13

B₂O₃ + 3 Mg → 2 B + 3 MgO ca. 95% rein

2 BBr₃ + 3 H₂ → 2B + 6 HBr
bei 1000-1200 °C und Ta als Katalysator

Question 14

Orthoborsäure

Answer 14

2 B(OH)₃

Kondensation zu Ketten und Ringen durch Abspaltung von H₂O

Question 15

sp²-Hybrid

Answer 15

• BX₃ - Bindung
• B-X-π-Bindung
• Mehrzentrenbildung, z.B. B₂H₆

Question 16

Silicium

Answer 16

Vorkommen: immer als SiO₂ ( Quarz),
2. häufigstes Element der Erdkruste

Darstellung :

• Labor: SiO₂ + Mg → MgO + Si_roh ( +Mg₂Si )
• Roh-Si: Quarz + Koks bei 2000°C (5x10⁵ t/a)
  
  • Si-Überschuss: SiO₂ +2C → Si + 2CO
  • C-Überschuss: Si + C → SiC
    2 SiC + SiO₂ → 3 Si + 2 CO

Question 17

Silicium-Sauerstoffverbindungen

Answer 17

SiO: bei hohen T in im Vakuum: Si + SiO₂ → 2SiO(g)
SiO₂: 12 verschiedene Modifikationen

Sauerstoffsäuren:

• ortho- H₄SiO₄ → SiO₂(H2O)₂
• pyro- H₆SiO₇ → SiO₂(H2O)_1,5
• meta- H₄SiO₄ → SiO₂(H2O)₁
• poly- → SiO₂(H2O)_n

Question 18

Silikone

Answer 18

• Skelett aus SiOSiOSiO… mit 2 Resten ( tetraedisch )
• Eigenschaften:
  
  • beständig gegen: T, pH, UV, O₂ und H₂
  • thermisch Leitfähig
  • Gaspermeabilität
• 1 Mio. t/a

Question 19

Silicane

Answer 19

Siⁿ + H_2n+2 mit n = 1-15

ab n > 3 cyclische Silane

Question 20

Silicate und Alumosilicate

Answer 20

Si_xO_y^n- - Anionen, ≈ 90% der Erdkruste

Kondensationsgrad und Verknüpfungen können aus Summenformel abgeleitet werden :

• [SiO₄]^4- : Inselsilicat
• [Si₂O5]^2-: Je über 3 O-Atome oxidiert
• [SiO₃]^2- : Ketten-/Ringsilicat , Tetraeder über 2 O-Atome
• SiO₂ : Grüstsilicate über 4 O-Atome

Si⁴⁺ durch Al³⁺ ersetzen, auslgleich durch (Erd-)Alkalimetalle in Lücken: Me_n⁺Al_nSi_m-nx

Question 21

Zeolithsynthese

Answer 21

Na[SiO₂(OH)₂]+Na[Al(OH)₄]+H₃O⁺ →
Na_n(AlO₂)_n(SiO₂)_my

bei 60-100 °C

Question 22

Glas

Answer 22

amorphe, unterkühlte Schmelze ohne kristalline Struktur

• Quarzglas: verzerrtes SiO₄-Gitter
• Geräteglas: Na₂O x CaO x 6 SiO₂