Die Bedeutung des Kohlenstoffs für lebende Organismen
Kohlenstoff ist ein entscheidendes Element, das in über 10 Millionen Verbindungen vorkommt, die die Körper lebender Organismen bilden. Er spielt eine zentrale Rolle in der Struktur organischer Verbindungen, die in vier Hauptgruppen unterteilt werden können:
- Kohlenhydrate: Sie sind für lebende Organismen von Bedeutung, da sie die notwendige Energie liefern, Energie speichern und verschiedene Strukturen des Körpers bilden.
- Fette: Fette sind essenziell für die Energiespeicherung in lebenden Organismen, die Bildung von Zellmembranen und die Übertragung von Signalen im Körper.
- Proteine: Die Wichtigkeit von Proteinen liegt in ihrer Fähigkeit, Zellen ihre Form zu geben, Muskeln zu bilden und chemische Reaktionen zu beschleunigen.
- Nukleinsäuren: Sie spielen eine zentrale Rolle im Leben, da sie für die Übertragung genetischer Merkmale von Eltern auf Nachkommen verantwortlich sind und zur Proteinbiosynthese beitragen.
Die Rolle von Kohlenstoff in organischen Verbindungen
Valenz
Die Atome der Elemente streben nach Stabilität, wenn es um die Bildung chemischer Verbindungen geht. Dies geschieht durch den Verlust oder Erwerb von Elektronen, wobei das Ziel darin besteht, acht Elektronen in der äußersten Schale des Atoms zu erreichen. Daher versuchen Elemente, chemische oder kovalente Bindungen zu bilden. Die Bedeutung kovalenter Bindungen besteht darin, dass ein Atom seine Elektronen mit mindestens einem anderen Atom teilt, was zu einer stabileren Zustand führt. Kohlenstoff hat vier Elektronen in seiner äußeren Schale und kann dadurch Elektronen gewinnen oder verlieren. Darüber hinaus kann es vier kovalente Bindungen gleichzeitig eingehen. Ein Beispiel hierfür ist die organische Verbindung Methan (CH4). Kohlenstoff ist auch in der Lage, starke Bindungen mit sich selbst zu bilden, da Diamant und Graphit vollständig aus Kohlenstoffatomen bestehen und Kohlenstoff Verbindungen mit anderen Atomen innerhalb anderer Verbindungen eingehen kann.
Die Bildung einer enormen Anzahl von Molekülen
Wenn ein Kohlenstoffatom ein Elektron mit einem anderen Kohlenstoffatom in einer kovalenten Bindung teilt, bedeutet dies, dass sechs Elektronen für die Bindung mit anderen Elementen zur Verfügung stehen. Dadurch können bis zu sechs verschiedene Verbindungen entstehen. Wenn ein drittes Kohlenstoffatom eine kovalente Bindung mit einem dieser Elektronen eingeht, erhöht sich die Anzahl der möglichen Verbindungen weiter. Wissenschaftler haben bisher über 10 Millionen verschiedene Kohlenstoffe und deren Verbindungen identifiziert.
Graphit
Diamant und Graphit sind zwei der bekanntesten Formen des elementaren Kohlenstoffs. Beide bestehen aus Kristallen, unterscheiden sich jedoch in ihren physikalischen Eigenschaften. Graphit hat zahlreiche wichtige Anwendungen im täglichen Leben, da es als Schmier- und Gleitmittel, als schwarze Farbstoffsubstanz, als Absorptionsmaterial in chemischen Reaktionen, als Brennstoff sowie als Füllstoff für Gummi verwendet wird. Außerdem wird es zur Herstellung von Bleistiftmine verwendet. Aufgrund seiner guten Leitfähigkeiten findet Graphit auch Anwendung als elektrischer Kontakt in Elektroöfen, Trockenbatterien und zur Herstellung von Tiegeln, in denen Metalle geschmolzen werden.