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6, Kohlenstoff (C)
Kohlenstoffgruppe
Atommasse
[1]
:
12.011 ± 0.002 u (12.0096 u ‐ 12.0116 u)
Isotopenzusammensetzung lokal variabel, Atommasse liegt innerhalb eines Intervalls.
Carboneum
lat. carbo = Kohle
Elektronen-Konfiguration
[2]
:
(He) 2s
2
2p
2
Redoxpotenziale
Redoxpotenziale des Elements Kohlenstoff:
Liste der Redoxpotenziale für Kohlenstoff
von
nach
Reduktion
Oxidation
ε
O
in mV
pH
-4
CH
4
-2
CH
3
OH
CH
4
+ 3 H
2
O
⇌
CH
3
OH + 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
+0.583
[3]
0
-4
CH
4
-2
CH
3
OH
CH
4
+ 2 OH
-
⇌
CH
3
OH + H
2
O + 2 e
-
-0.245
[3]
14
-4
CH
4
±0
C
CH
4
+ 4 H
2
O
⇌
C + 4 H
3
O
+
+ 4 e
-
+0.132
[4]
0
-4
CH
4
±0
C
CH
4
+ 4 OH
-
⇌
C + 4 H
2
O + 4 e
-
-0.697
[5]
14
-2
CH
3
OH
±0
HCHO
CH
3
OH + 3 H
2
O
⇌
HCHO + 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
+0.237
[3]
0
-2
CH
3
OH
±0
HCHO
CH
3
OH + 2 OH
-
⇌
HCHO + 2 H
2
O + 2 e
-
-0.591
[3]
14
±0
C
+2
CO
C + 3 H
2
O
⇌
CO + 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
+0.517
[4]
0
±0
HCHO
+2
HCOOH
HCHO + 3 H
2
O
⇌
HCOOH + 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
-0.029
[3]
0
±0
HCHO
+2
HCOO
-
HCHO + 3 OH
-
⇌
HCOO
-
+ 2 H
2
O + 2 e
-
-1.16
[3]
14
±0
C
+4
CO
3
2-
C + 4 OH
-
⇌
CO
3
2-
+ 2 H
2
O + 4 e
-
-0.766
[5]
14
+2
HCN
+3
(CN)
2
2 HCN + 2 H
2
O
⇌
(CN)
2
+ 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
+0.373
[6]
0
+2
CO
+4
CO
2
CO + 3 H
2
O
⇌
CO
2
+ 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
-0.106
[4]
0
+2
HCN
+4
HOCN
HCN + 3 H
2
O
⇌
HOCN + 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
+0.352
[a]
0
+2
HCOOH
+4
CO
2
HCOOH + 2 H
2
O
⇌
CO
2
+ 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
-0.114
[3]
0
+2
HCOO
-
+4
CO
3
2-
HCOO
-
+ 2 OH
-
⇌
HCO
3
-
+ H
2
O + 2 e
-
-0.93
[3]
14
+3
(CN)
2
+4
HOCN
(CN)
2
+ 4 H
2
O
⇌
2 HOCN + 2 H
3
O
+
+ 2 e
-
+0.33
[6]
0
Tabelle 1:
Redoxpotenziale unter Standardbedingungen (25 °C, 1013.25 hPa, 1 mol/L-Lösungen) in wässrigen Lösungen. In der ersten Spalte ist der reduzierte Teil, in der zweiten Spalte der oxidierte Teil der Halbreaktion, jeweils mit Oxidationszahl und Formel angegeben. In den nächsten beiden Spalten ist die Halbreaktion komplett angegeben, in der folgenden Spalte das Standardpotenzial unter den genannten Bedingungen in mV. In der letzten Spalte ist die Bedingung, unter der das Potenzial gilt, meistens pH 0 für sauer und pH 14 für basisch. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Redoxreaktionen gleicher Ausgangsstufe optisch mit vertikalen Strichen abgetrennt zusammengefasst dargestellt. Redox-Halbreaktionen, deren Werte für die Berechnung der untenstehenden Redoxtabellen verwendet werden, sind
gelb
unterlegt dargestellt.
Redox-Tabelle für pH 0
von:
nach:
(-4)
CH
4
(±0)
C
(+2)
CO
(+4)
CO
2
(-4)
CH
4
±0
+0.132
+0.26
+0.169
(±0)
C
+0.132
±0
+0.517
+0.206
(+2)
CO
+0.26
+0.517
±0
-0.106
(+4)
CO
2
+0.169
+0.206
-0.106
±0
Tabelle 2:
Standard-Potenziale (ε
O
) aller Redox-Paare der in Tabelle 1 gelb unterlegten Kohlenstoff-Verbindungen für pH 0 in mV. In den Spalten- und Zeilenüberschriften sind in Klammern die jeweilige Oxidationsstufe von Kohlenstoff und dahinter die Verbindung angegeben. Die angegebenen Werte wurden aus denen der obigen Liste der Redoxpotenziale für Kohlenstoff automatisch per Skript berechnet, bzw. in diese Tabelle übernommen. Die Berechnung eines Potenzials erfolgt dabei durch Aufsummierung der Faktoren von Potenzialen und Elektronenzahlen aller Zwischenstufen und anschließendes Teilen dieser Summe durch die Gesamtelektronenzahl (vgl. auch Wiberg et. al, 2007, S. 229
[2]
).
Beispiel:
ε(SiH
4
/SiO
2
) bei pH 0 = (ε(SiH
4
/Si) × 4e
-
+ ε(Si/SiO) × 2e
-
+ ε(SiO/SiO
2
) × 2e
-
)/8e
-
= (0.102 mV×4e - 0.808 mV×2e - 1.01 mV×2e)/8e = -0.4035 mV.
Redox-Tabelle für pH 14
von:
nach:
(-4)
CH
4
(±0)
C
(+4)
CO
3
2-
(-4)
CH
4
±0
-0.697
-0.731
(±0)
C
-0.697
±0
-0.766
(+4)
CO
3
2-
-0.731
-0.766
±0
Tabelle 3:
Standard-Potenziale (ε
O
) aller Redox-Paare der in Tabelle 1 gelb unterlegten Kohlenstoff-Verbindungen für pH 14 in mV. In den Spalten- und Zeilenüberschriften sind in Klammern die jeweilige Oxidationsstufe von Kohlenstoff und dahinter die Verbindung angegeben. Die angegebenen Werte wurden aus denen der obigen Liste der Redoxpotenziale für Kohlenstoff automatisch per Skript berechnet, bzw. in diese Tabelle übernommen. Die Berechnung eines Potenzials erfolgt dabei durch Aufsummierung der Faktoren von Potenzialen und Elektronenzahlen aller Zwischenstufen und anschließendes Teilen dieser Summe durch die Gesamtelektronenzahl (vgl. auch Wiberg et. al, 2007, S. 229
[2]
).
Beispiel:
ε(SiH
4
/SiO
2
) bei pH 0 = (ε(SiH
4
/Si) × 4e
-
+ ε(Si/SiO) × 2e
-
+ ε(SiO/SiO
2
) × 2e
-
)/8e
-
= (0.102 mV×4e - 0.808 mV×2e - 1.01 mV×2e)/8e = -0.4035 mV.
Bemerkungen:
[a]
Der Wert wurde aus den Angaben für HCN/(CN)
2
und (CN)
/HOCN berechnet.
Quellen:
[1]
Prohaska, T., Irrgeher, J., Benefield, J., Böhlke, J. K., Chesson, L. A., Coplen, T. B., ... & Meija, J. (2022). Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report).
Pure and Applied Chemistry
,
94
(5), 573-600.
https://doi.org/10.1515/pac-2019-0603
[2]
Wiberg, N., Wiberg, E. & Holleman, A. F. (2007).
Lehrbuch der anorganischen Chemie.
(S. 300, 1304, 1878). Walter de Gruyter.
https://doi.org/10.1515/9783110206845
[3]
Shriver, D. F., Atkins, P. W.
Inorganic Chemistry
. Oxford University Press.
[4]
Wiberg, N., Wiberg, E. & Holleman, A. F. (2017).
Lehrbuch der anorganischen Chemie.
Walter de Gruyter.
[5]
Bratsch, S. G. (1989). Standard electrode potentials and temperature coefficients in water at 298.15 K.
Journal of Physical and Chemical Reference Data
,
18
(1), 1-21.
https://doi.org/10.1063/1.555839
[6]
Lide, D. R. (2005). Electrochemical series, in: CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005.
CRC Press Boca Raton
.
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