Carolo-Wilhelmina - Technische Universität Braunschweig

16 Carolo-Wilhelmina
ABBILDUNG 3
Computererzeugtes Bindungsmodell
des Diamanten.
Diese Bausteine der materiellen Welt gehen
im Wesentlichen drei Arten von starken
Bindungen ein – die uns bereits aus den
»Wahlverwandtschaften« bekannten ionischen
Bindungen, die kovalenten und die
metallischen Bindungen:
a) ionische Bindungen:
Beispiel: Na + Cl ----> Na + Cl - ;
b) kovalente Bindungen:
Beispiel: 4H + C ----> CH 4 ;
c) metallische Bindungen:
Beispiele: Cu, Fe, Au, Ag.
ABBILDUNG 4
Die Kohlenstoffmodifikation Graphit
in Flockenform.
Ionische Bindungen findet man vorwiegend
zwischen den Elementen links im periodischen
System und solchen, die ganz rechts
stehen. Das liegt daran, dass die links stehenden
Elemente leicht Elektronen abgeben,
die von den rechts angeordneten Elementen
gerne aufgenommen werden. Auf
diese Weise entstehen geladene Teilchen,
Ionen, die sich aufgrund der Coulomb’schen
Wechselwirkung anziehen: Gegensätze
ziehen sich an.
Ganz anders bei den kovalenten Bindungen,
die bevorzugt von »mittelständigen«
Elementen ausgebildet werden. Hier geben
beide Partner ihre Elektronen in eine
gemeinsame chemische Bindung: Gleich
und gleich gesellt sich gern, ist hier das
Motto, wieder ist eine starke chemische
Bindung das Resultat.
Im Falle der metallischen Bindung schließlich
können die Elektronen nicht länger
einzelnen Metallatomzentren zugeordnet
werden, sondern verteilen sich leicht als
bewegliches Elektronengas zwischen den
positiv geladenen Metallrümpfen. Metalle
leiten aus diesem Grund den elektrischen
Strom.
Kohlenstoff –
ein chemischer Alleskönner
Die kovalenten Bindungen sind die typischen
Bindungen der Organischen Chemie,
die ionischen Bindungen halten zahllose anorganische
Verbindungen zusammen. Der
mit Abstand wichtigste Bindungspartner in
kovalenten Bindungen ist der Kohlenstoff.
ABBILDUNG 5
Computererzeugtes Bindungsmodell des Graphits.
Die zentrale Rolle, die dieses Element
spielt – definitionsgemäß ist die Organische
Chemie die Chemie der Kohlenstoffverbindungen
–, ist bereits in der zentralen
Stellung dieses Elements im periodischen
System der Elemente vorgegeben. Diese
Stellung beruht auf der Elektronenkonfiguration
des Kohlenstoffs, die wiederum
Ursache der enormen strukturellen Vielfalt
organischer Verbindungen ist, von denen
heute mehr als 18 Millionen bekannt sind.
Für Kohlenstoff waren bis vor kurzem
zwei Modifikationen bekannt: Diamant und
Graphit. Diamant ist eines der ungewöhnlichsten
Materialien, das wir kennen: Er ist
extrem hart – das griechische Wort diamant
bedeutet unbezwingbar –, hat
optische Eigenschaften, die die aller Gläser
übertreffen, leitet vorzüglich Wärme und
vieles anderes mehr – kein Wunder, dass er
seit jeher hoch geschätzt und begehrt ist.
Im Gegensatz zum gleichfalls schon immer
attraktiven Gold, dem edelsten der Metalle,
ist es allerdings den Chemikern gelungen,
ihn zu synthetisieren (Abb. 2).
Synthesediamanten werden heute für
Anwendungen in der Elektronikindustrie,
dem Maschinenbau, der Werkzeug- und
Bohrtechnik, der Chirurgie und für zahllose
andere Zwecke in großen Mengen hergestellt.
Diese herausragenden Eigenschaften
sind eine Folge der Bindungsverhältnisse im
Diamanten (Abb. 3).
Diamant bildet ein völlig regelmäßiges,
unendliches dreidimensionales Netzwerk,
ein Gitter (»Diamantgitter«) aus lauter
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen.
Will man einen Diamanten zersplittern
Carolo-Wilhelmina 2/2002