Mit KI aus unserem englischen Quiz auf Deutsch erstellt; die Quellen verweisen auf die deutsche Wikipedia.
Kohlenstoff ist das Element des Lebens: Mit der Ordnungszahl 6 bildet es mehr Verbindungen als jedes andere Element außer Wasserstoff und tritt als Diamant, Graphit, Fulleren oder Graphen in erstaunlich verschiedenen Formen auf. Dieses Quiz fragt nach Vorkommen und Eigenschaften, nach den Modifikationen vom härtesten bis zum drittweichsten Element, nach den Isotopen 12C, 13C und 14C sowie nach wichtigen Verbindungen wie Carbiden, Carbonaten und Cyaniden. Chemiewissen aus Schule und Studium – hier wird es getestet.
Alle 30 Fragen mit Antworten und Erklärungen. Quiz spielen
Q 01Wie viele Elektronen besitzt ein Kohlenstoffatom?
Sechs
Zwei davon besetzen die innere 1s-Schale; nur die vier äußeren Elektronen der zweiten Schale treten chemisch in Erscheinung.
Q 02Für welchen Alltagsgegenstand dient Graphit als Grundstoff?
Bleistiftminen
Außerdem dient Graphit als hochtemperaturbeständiges Dichtungsmaterial und Schmiermittel.
Q 03In welcher Wissenschaft findet die Radiokarbonmethode vor allem Verwendung?
Archäologie
Nach dem Ende des Stoffwechsels sinkt der 14C-Anteil in organischem Material durch radioaktiven Zerfall allmählich – daraus lässt sich das Alter bestimmen.
Q 04Nach welchem Element ist Kohlenstoff dem Gewicht nach das bedeutendste Element in allen Lebewesen?
Sauerstoff
Der Vorsprung des Spitzenreiters beruht vor allem auf dem Wasser; alles lebende Gewebe ist aus organischen Kohlenstoffverbindungen aufgebaut.
Q 05Als was wird Diamant, das härteste bekannte natürliche Material, technisch eingesetzt?
Schleifmittel
Im Diamant ist Kohlenstoff dreidimensional kovalent gebunden; das Material ist ein transparenter Isolator.
Q 06Welches italienische Gebirge ist ein bekanntes Beispiel für ein Carbonat-Gebirge?
Dolomiten
Mehr als die Hälfte des irdischen Kohlenstoffs liegt als anorganisches Carbonatgestein vor – rund 2,8 · 10¹⁶ Tonnen.
Q 07Was bedeutet das lateinische Wort „carbō“, von dem die Bezeichnung „Carbon“ abgeleitet ist?
Holzkohle
Das deutsche Wort Kohlenstoff geht dagegen auf das urgermanische „kul-a-“ für Kohle zurück; latinisiert heißt das Element Carboneum.
Q 08Aus wie vielen Kohlenstoffatomen besteht eines der stabilsten Fullerene?
60
Neben Sechsecken enthält das Molekül nur Fünfecke, die keine gemeinsame Kante mit einem anderen Fünfeck besitzen – das Muster eines altmodischen Fußballs.
Q 09Wie bezeichnet man eine einzelne Graphit-Basalebene aus sp2-hybridisiertem Kohlenstoff?
Graphen
Die dünnen Schichten gewinnt man durch chemisches Spalten von Graphit; in Kunststoffe eingebettet dienen sie als Basis neuer Verbundwerkstoffe.
Q 10In welcher Erdhülle ist mengenmäßig der überwiegende Teil des Kohlenstoffs gespeichert?
Lithosphäre
Alle anderen Vorkommen zusammen machen nur etwa ein Tausendstel des gesamten Kohlenstoffs aus.
Q 11In welchem vulkanischen Gestein findet man häufig Diamanten?
Kimberlit
Die Hauptfundorte von Diamant liegen in Afrika, vor allem in Südafrika und der Demokratischen Republik Kongo, sowie in Russland.
Q 12Welche Halbwertszeit hat das radioaktive Kohlenstoffisotop 14C?
5.730 Jahre
Das Isotop zerfällt unter Betazerfall zu 14N; das kurzlebige 11C hat dagegen nur eine Halbwertszeit von gut 20 Minuten.
Q 13Welches Gas ist ein Beispiel für eine Kohlenstoff-Dreifachbindung?
Ethin
Zwei sp-hybridisierte Atome bilden die Dreifachbindung; sp1-Bindungen erzeugen höchstens eindimensionale, lineare Ketten.
Q 21Welche magnetische Eigenschaft besitzt Kohlenstoff?
Diamagnetisch
Pyrolytisch abgeschiedener Graphit zeigt dabei eine große Anisotropie der magnetischen Suszeptibilität, Diamant ist dagegen isotrop.
Q 22Welchen Anteil hat das Isotop 12C an der natürlichen Isotopenzusammensetzung des Kohlenstoffs?
98,93 %
Der Rest entfällt fast vollständig auf 13C, das sich wegen seines magnetischen Moments in der NMR-Spektroskopie nachweisen lässt.
Q 23Wie hoch ist der Massenanteil von Kohlenstoff in der Erdkruste?
0,027 %
Geologisch zählt Kohlenstoff damit nicht zu den häufigen Elementen – ganz anders als in der Biosphäre, wo er die Grundlage allen Lebens bildet.
Q 14Welches Isotop ist per Definition der Bezugspunkt für die atomare Masseneinheit?
Kohlenstoff-12
Das Verhältnis der beiden stabilen Kohlenstoffisotope, Δ13C, nutzen Geochemie, Paläoklimatologie und Paläozeanographie als Messgröße.
Q 15Welche Eigenschaft besitzt Diamant in höherem Maß als jedes andere Material?
Wärmeleitfähigkeit
Bei Raumtemperatur liegt der Wert weit über 2000 W/(m·K) – und das, obwohl Diamant ein elektrischer Isolator ist.
Q 16In welcher IUPAC-Gruppe des Periodensystems steht Kohlenstoff?
14. Gruppe
Nach älterer Zählung ist das die vierte Hauptgruppe, die deshalb auch Kohlenstoffgruppe heißt; das Element steht in der zweiten Periode.
Q 17Welchen Winkel bilden die sp2-Orbitale des Kohlenstoffs zueinander?
120°
Die sp2-Orbitale liegen trigonal in einer Ebene – das ist die Grundstruktur der Planarebenen des Graphits.
Q 18Wer zeigte 1772, dass Diamant in einem abgeschlossenen Gefäß ohne Rückstand zu einem Gas verbrennt?
Antoine de Lavoisier
Der Versuch legte den Grund für die Erkenntnis, dass Diamant reiner Kohlenstoff ist; Ruß zählte derselbe Chemiker zu den „substances simples“.
Q 19Wie hoch war der vorindustrielle CO2-Anteil der Luft?
280 ppm
Bis 2015 stieg der Wert um rund 120 ppm, weil die Verbrennung fossiler Energieträger zuvor langfristig gebundenes CO2 freisetzt.
Q 20Wodurch ist der 14C-Gehalt der Erdatmosphäre messbar gestiegen?
Atmosphärische Kernwaffentests
Der Effekt wird teilweise ausgeglichen, weil CO2 aus fossilen Quellen so gut wie kein 14C enthält und die Atmosphäre damit „verdünnt“.
Q 24Welche sehr seltene Modifikation des Diamanten wird auch als hexagonaler Diamant bezeichnet?
Lonsdaleit
Sie entsteht, wenn Graphit durch Schockereignisse wie Impakte in Diamant umgewandelt wird, wobei der hexagonale Charakter des Gitters erhalten bleibt.
Q 25Unter welcher Bedingung zeigt Graphit seine bekannten Schmiermitteleigenschaften?
Bei Spuren von Feuchtigkeit
Im Vakuum oder in sehr trockener Atmosphäre steigt der Reibungskoeffizient von Graphit deshalb drastisch an.
Q 26Wie viele Isotope des Kohlenstoffs sind insgesamt bekannt?
15
Sie reichen von 8C bis 23C; nur zwei davon, 12C und 13C, sind stabil und kommen in der Natur vor.
Q 27Welchen Mindestdruck erfordert die Umwandlung von Graphit in Diamant?
20.000 bar
Für eine ausreichend schnelle Reaktion sollte die Temperatur zudem über 1500 °C liegen, bei einem Druck von 60.000 bar.
Q 28Welchen Höchstwert erreicht kristalliner Diamant auf der Härteskala nach Knoop?
90 GPa
Damit ist Kohlenstoff das härteste Element – und in Form von Graphit zugleich eines der weichsten.
Q 29Nach welchen beiden Elementen ist Graphit mit 0,12 GPa das drittweichste Element?
Rubidium und Caesium
Der enorme Härteunterschied zu Diamant liegt an der Struktur: Die Ebenen des Graphits sind nur locker über Van-der-Waals-Kräfte gebunden.
Q 30Wer berichtete 1802 über die Emissionsspektren blauer Flammen?
William Hyde Wollaston
Das Spektrum stammt vom Dikohlenstoff C2, der die blaue Farbe im Innern einer Kerzenflamme und die grüne Farbe von Kometen verursacht.