Es kommt in der Natur sowohl in gediegener (reiner) Form (Diamant, Graphit, Chaoit) als auch chemisch gebunden (z. B. in Form von Carbiden, Carbonaten, Kohlenstoffdioxid, Erdöl, Erdgas und Kohle) vor. Aufgrund seiner besonderen Elektronenkonfiguration (halbgefüllte L-Schale) besitzt es die Fähigkeit zur Bildung komplexer Moleküle und weist von allen chemischen Elementen die größte Vielfalt an chemischen Verbindungen auf. Diese Eigenschaft macht Kohlenstoff und seine Verbindungen zur Grundlage des Lebens auf der Erde.
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Kohlenstoff ist aufgrund seiner vierwertigen Atomstruktur also prädestiniert, komplexe Verbindungen einzugehen:
In der 4. Hauptgruppe des periodischen Systems stehen die Elemente Kohlenstoff (C), Silicium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn) und Blei (Pb). Diese Elemente besitzen 4 Außenelektronen, die sie an andere Elemente, wie Sauerstoff oder Halogene, abgeben können; daher sind sie in ihren Sauerstoffverbindungen maximal vierwertig. Andererseits können sie ihre äußerste Elektronenschale durch Aufnahme von 4 Elektronen zu einer vollständigen Achterschale auffüllen; infolgedessen zeigen sie gegenüber Wasserstoff gleichfalls die Vierwertigkeit. Neben der Vierwertigkeit kommt noch die Zweiwertigkeit vor, so kennt man z. B. beim Kohlenstoff zwei Oxyde, das Kohlendioxyd (CO2), in dem der Kohlenstoff vierwertig ist, und das Kohlenmonoxyd (CO), das Oxyd des zweiwertigen Kohlenstoffs. Während beim Kohlenstoff die Vierwertigkeit stark bevorzugt ist, nimmt die Neigung der Elemente, im zweiwertigen Zustand aufzutreten, mit wachsendem Atomgewicht innerhalb der Gruppe stark zu, so daß bei dem Endglied der Reihe, beim Blei, die Zahl der zweiwertigen Verbindungen und deren Beständigkeit größer ist als die der vierwertigen Verbindungen.
Die 4. Hauptgruppe des periodischen Systems und das Bor | SpringerLink
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