Kohlenstoff: ein Multitalent

Der glitzernde Diamant an einem Ring, die graue Mine in deinem Bleistift und die schwarze Kohle auf dem Grill haben auf den ersten Blick nichts gemeinsam. Und doch steckt in allen dreien dasselbe Element: Kohlenstoff. Wie kann ein und dasselbe Element so unterschiedlich aussehen und sich so unterschiedlich verhalten? Genau das schauen wir uns jetzt an.

Ein Element, viele Gesichter

Kohlenstoff hat das Symbol C und die Ordnungszahl 6: Jedes Kohlenstoffatom hat also 6 Protonen im Kern. Im Diamant sind die Atome in einem starren Gitter verbunden, in dem jedes Atom fest an vier Nachbarn hängt. Das macht Diamant zum härtesten natürlichen Stoff, den wir kennen. Im Grafit deiner Bleistiftmine liegen dieselben Atome dagegen in dünnen Schichten übereinander, die leicht aneinander abgleiten. Deshalb ist Grafit weich und hinterlässt beim Schreiben eine Spur. Und weil sich in den Grafitschichten Elektronen frei bewegen können, leitet Grafit sogar elektrischen Strom. Eine Bleistiftmine ist übrigens Grafit, das mit etwas Ton zusammengebacken wurde: Je mehr Ton darin steckt, desto härter und blasser wird der Strich.

Gleiche Atome, andere Anordnung

Der Unterschied zwischen Diamant, Grafit und Kohle liegt also nicht in den Atomen selbst, sondern nur darin, wie sie angeordnet sind. So etwas nennt man verschiedene Erscheinungsformen eines Elements, im Fachwort Allotrope. Das ist wie bei Legosteinen: Aus denselben Steinen kannst du eine stabile Burg oder einen wackligen Turm bauen. Kohle, zum Beispiel Grillkohle oder Aktivkohle im Wasserfilter, besteht aus eher unregelmäßig angeordneten Kohlenstoffatomen mit vielen winzigen Poren.

Das Rückgrat des Lebens

Kohlenstoff kann noch mehr: Jedes Kohlenstoffatom kann vier Bindungen eingehen und sich dabei auch mit anderen Kohlenstoffatomen zu Ketten und Ringen verknüpfen. Dadurch entstehen Millionen verschiedener Verbindungen: Zucker, Fette, Eiweiße, deine DNA, aber auch Benzin und Plastik. Alles Leben auf der Erde ist um Kohlenstoffgerüste herum gebaut. Die Chemie dieser Verbindungen ist so umfangreich, dass sie ein eigenes Fachgebiet bildet: die organische Chemie. In einer chemischen Formel verrät die kleine Tiefzahl hinter einem Symbol, wie viele Atome dieser Sorte in einem Molekül stecken: H₂O besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Steht keine Zahl hinter einem Symbol, ist genau ein Atom gemeint.