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Kohlenstoffnitride sind chemische Verbindungen zwischen Kohlenstoff und Stickstoff Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 abg

Kohlenstoffnitride

Kohlenstoffnitride sind chemische Verbindungen zwischen Kohlenstoff und Stickstoff.

Geschichte Bearbeiten

Die erste Publikation über Kohlenstoffnitride mit der Zusammensetzung C3N4 stammt von Justus Liebig und ist im Jahr 1834 erschienen. Er stellte kein heteroatomfreies Kohlenstoffnitrid her, sondern ein wasserstoffhaltiges Polymer, das er Melon nannte. Später veröffentlichte Edward C. Franklin eine theoretische Abhandlung über die „Ammonocarbonsäuren“. Hierbei handelt es sich um die Kondensationsreaktionen des Tetraamidomethans über Cyanamid und Melamin bis zu C3N4. In den 1980er Jahren lösten theoretische Ergebnisse die für C3N4 eine extrem hohe Härte voraussagten eine umfangreiche Forschung aus.

Kohlenstoffnitride abgeleitet vom Cyan Bearbeiten

Kohlenstoff bildet mit Stickstoff eine Reihe von Nitriden der Zusammensetzung (CN)n (n = 1, 2, x), von denen das Cyan (CN) nur bei hohen Temperaturen stabil ist. Neben Dicyan NCCN, existieren auch Cyanisocyan CNCN und Diisocyan CNNC. Durch Polymerisation von Dicyan (CN)2 bildet sich Paracyan (CN)x. Ferner existieren kohlenstoffreichere Nitride Cn(CN)2n+m, die sich von den Kohlenwasserstoffen CnH2n+m durch vollständige Substitution der Wasserstoffatome gegen CN-Gruppen ableiten. Beispiele sind Tetracyanoethylen und Dicyanoethin.

Wird Graphit in Gegenwart von Dicyan verdampft, erhält man Dicyanopolyine, d. h. stabförmige Moleküle, deren Kettenenden mit Cyanogruppen besetzt sind. Isoliert wurden die Verbindungen NC–C2n–CN mit n=3–8, z. B. C18N2.

Polymere Kohlenstoffnitride Bearbeiten

Daneben existieren polymere Kohlenstoffnitride, die durch Pyrolyse organischer Stickstoffverbindungen wie Guanidin oder durch CVD-Methoden erhalten werden, deren Zusammensetzung schwankt und etwa C3N4 entspricht.

Das besondere Interesse an der Substanzklasse der auch Carbonitride genannten Verbindungen wurde 1984 bzw. 1989 geweckt, als Sung et al. bzw. Cohen et al., auf die hohe Härte der kristallinen Verbindung C3N4 hinwiesen, die nach den Berechnungen der Autoren die des Diamanten übertreffen sollten. Seit 1989 wurden seitens der Theorie ständig neue Strukturvorschläge für das C3N4 entwickelt. Bislang haben fünf Strukturkandidaten Bedeutung erlangt, die soweit auch akzeptiert sind, wobei allen gemeinsam ist, dass sie (bestenfalls) metastabil sind.

Graphitisches Kohlenstoffnitrid (g-C3N4) ist ein vielversprechendes zweidimensionales konjugiertes Polymer, das als kostengünstiger, robuster, metallfreier und im sichtbaren Spektralbereich aktiver Photokatalysator für die Umwandlung von Sonnenenergie verwendet werden kann.

Bei den Si3N4-analogen Kohlenstoffnitridformen α-C3N4 und β-C3N4 sind die Kohlenstoffatome tetraedrisch von Stickstoff umgeben. Die eckenverknüpften Tetraeder bilden ein 3D-kovalentes Netzwerk aus. Bei der pseudo-kubischen bzw. defekt-ZnS-analogen C3N4-Form entsteht durch Entfernung von ¼ der Zinkatome aus der Zinkblende-Struktur eine Struktur vom α-CdIn2Se4-Typ. Das kubische bzw. Willemit-II-analoge C3N4 hat den höchsten Kompressionsmodul (496 GPa, also deutlich höher als Diamant) aller C3N4 und das Spinell-analoge C3N4 besitzt eine Struktur mit oktaedrisch koordiniertem Kohlenstoff.

Kohlenstoffnitride mit Fullerenstruktur Bearbeiten

Azafullerene sind Fullerene bei denen Kohlenstoffatome im Fullerenkäfig durch Stickstoff ersetzt wurden. Als besonders geeignet für die Synthese von Azafullerenen haben sich die Epi-Iminofullerene und Ketolactame mit geöffnetem Fullerenkäfig erwiesen. Cyanofullerene sind eine Klasse modifizierter Fullerene, bei denen Cyanogruppen an ein Fullerenskelett gebunden sind. Diese haben die Formel C60(CN)2n, wobei n die Werte 1 bis 9 annimmt.

Andere Kohlenstoffnitride Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Elisabeta Horvath-Bordon: Synthese und Eigenschaften von Kohlenstoffnitriden, Dissertation, TU Darmstadt, 2004.
  2. ↑ Anke Krüger: Neue Kohlenstoffmaterialien Eine Einführung. Springer-Verlag, 2007, ISBN 978-3-8351-9098-6, S. 27 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. Michaela Krieger-Hauwede, Jen-Hui Chang: Grundlagen und Hauptgruppenelemente Band 1: Grundlagen und Hauptgruppenelemente. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2016, ISBN 978-3-11-049340-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  4. ↑ Ralf Steudel: Chemie der Nichtmetalle Synthesen - Strukturen - Bindung – Verwendung. Walter de Gruyter, 2013, ISBN 978-3-11-030797-9, S. 279 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5. Thomas Grösser, Andreas Hirsch: Dicyanpolyine: Neue stäbchenförmige Moleküle aus dem Kohlenstoffplasma. In: Angewandte Chemie. 105, 1993, S. 1390, doi:10.1002/ange.19931050925.
  6. ↑ Carsten Ludwig Schmidt: Moleküle als Bausteine zur Synthese von Festkörpern : ein Beitrag zur Entwicklung neuer Reaktionspfade in der anorganischen Materialforschung, Dissertation, Universität Stuttgart, 2009. doi:10.18419/opus-6720
  7. Yun Zheng, Lihua Lin, B. o. Wang, Xinchen Wang: Polymeres graphitisches Kohlenstoffnitrid für die nachhaltige Photoredoxkatalyse. In: Angewandte Chemie. 127, 2015, S. 13060, doi:10.1002/ange.201501788.
  8. Elena Sheka: Fullerenes Nanochemistry, Nanomagnetism, Nanomedicine, Nanophotonics. CRC Press, 2011, ISBN 978-1-4398-0643-2, S. 116 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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Kohlenstoffnitride sind chemische Verbindungen zwischen Kohlenstoff und Stickstoff Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Kohlenstoffnitride abgeleitet vom Cyan 3 Polymere Kohlenstoffnitride 4 Kohlenstoffnitride mit Fullerenstruktur 5 Andere Kohlenstoffnitride 6 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenDie erste Publikation uber Kohlenstoffnitride mit der Zusammensetzung C3N4 stammt von Justus Liebig und ist im Jahr 1834 erschienen Er stellte kein heteroatomfreies Kohlenstoffnitrid her sondern ein wasserstoffhaltiges Polymer das er Melon nannte Spater veroffentlichte Edward C Franklin eine theoretische Abhandlung uber die Ammonocarbonsauren Hierbei handelt es sich um die Kondensationsreaktionen des Tetraamidomethans uber Cyanamid und Melamin bis zu C3N4 In den 1980er Jahren losten theoretische Ergebnisse die fur C3N4 eine extrem hohe Harte voraussagten eine umfangreiche Forschung aus 1 Kohlenstoffnitride abgeleitet vom Cyan BearbeitenKohlenstoff bildet mit Stickstoff eine Reihe von Nitriden der Zusammensetzung CN n n 1 2 x von denen das Cyan CN nur bei hohen Temperaturen stabil ist Neben Dicyan NCCN existieren auch Cyanisocyan CNCN und Diisocyan CNNC Durch Polymerisation von Dicyan CN 2 bildet sich Paracyan CN x 2 Ferner existieren kohlenstoffreichere Nitride Cn CN 2n m die sich von den Kohlenwasserstoffen CnH2n m durch vollstandige Substitution der Wasserstoffatome gegen CN Gruppen ableiten 3 Beispiele sind Tetracyanoethylen und Dicyanoethin Wird Graphit in Gegenwart von Dicyan verdampft erhalt man Dicyanopolyine d h stabformige Molekule deren Kettenenden mit Cyanogruppen besetzt sind Isoliert wurden die Verbindungen NC C2n CN mit n 3 8 z B C18N2 4 5 Polymere Kohlenstoffnitride BearbeitenDaneben existieren polymere Kohlenstoffnitride die durch Pyrolyse organischer Stickstoffverbindungen wie Guanidin oder durch CVD Methoden erhalten werden deren Zusammensetzung schwankt und etwa C3N4 entspricht 4 Das besondere Interesse an der Substanzklasse der auch Carbonitride genannten Verbindungen wurde 1984 bzw 1989 geweckt als Sung et al bzw Cohen et al auf die hohe Harte der kristallinen Verbindung C3N4 hinwiesen die nach den Berechnungen der Autoren die des Diamanten ubertreffen sollten Seit 1989 wurden seitens der Theorie standig neue Strukturvorschlage fur das C3N4 entwickelt Bislang haben funf Strukturkandidaten Bedeutung erlangt die soweit auch akzeptiert sind wobei allen gemeinsam ist dass sie bestenfalls metastabil sind 6 Graphitisches Kohlenstoffnitrid g C3N4 ist ein vielversprechendes zweidimensionales konjugiertes Polymer das als kostengunstiger robuster metallfreier und im sichtbaren Spektralbereich aktiver Photokatalysator fur die Umwandlung von Sonnenenergie verwendet werden kann 7 Bei den Si3N4 analogen Kohlenstoffnitridformen a C3N4 und b C3N4 sind die Kohlenstoffatome tetraedrisch von Stickstoff umgeben Die eckenverknupften Tetraeder bilden ein 3D kovalentes Netzwerk aus Bei der pseudo kubischen bzw defekt ZnS analogen C3N4 Form entsteht durch Entfernung von der Zinkatome aus der Zinkblende Struktur eine Struktur vom a CdIn2Se4 Typ Das kubische bzw Willemit II analoge C3N4 hat den hochsten Kompressionsmodul 496 GPa also deutlich hoher als Diamant aller C3N4 und das Spinell analoge C3N4 besitzt eine Struktur mit oktaedrisch koordiniertem Kohlenstoff 6 Kohlenstoffnitride mit Fullerenstruktur BearbeitenAzafullerene sind Fullerene bei denen Kohlenstoffatome im Fullerenkafig durch Stickstoff ersetzt wurden Als besonders geeignet fur die Synthese von Azafullerenen haben sich die Epi Iminofullerene und Ketolactame mit geoffnetem Fullerenkafig erwiesen 2 Cyanofullerene sind eine Klasse modifizierter Fullerene bei denen Cyanogruppen an ein Fullerenskelett gebunden sind Diese haben die Formel C60 CN 2n wobei n die Werte 1 bis 9 annimmt 8 Andere Kohlenstoffnitride BearbeitenTetracyanoethylen Cyanazid CyanurtriazidEinzelnachweise Bearbeiten Elisabeta Horvath Bordon Synthese und Eigenschaften von Kohlenstoffnitriden Dissertation TU Darmstadt 2004 a b Anke Kruger Neue Kohlenstoffmaterialien Eine Einfuhrung Springer Verlag 2007 ISBN 978 3 8351 9098 6 S 27 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Michaela Krieger Hauwede Jen Hui Chang Grundlagen und Hauptgruppenelemente Band 1 Grundlagen und Hauptgruppenelemente Walter de Gruyter GmbH amp Co KG 2016 ISBN 978 3 11 049340 5 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche a b Ralf Steudel Chemie der Nichtmetalle Synthesen Strukturen Bindung Verwendung Walter de Gruyter 2013 ISBN 978 3 11 030797 9 S 279 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Thomas Grosser Andreas Hirsch Dicyanpolyine Neue stabchenformige Molekule aus dem Kohlenstoffplasma In Angewandte Chemie 105 1993 S 1390 doi 10 1002 ange 19931050925 a b Carsten Ludwig Schmidt Molekule als Bausteine zur Synthese von Festkorpern ein Beitrag zur Entwicklung neuer Reaktionspfade in der anorganischen Materialforschung Dissertation Universitat Stuttgart 2009 doi 10 18419 opus 6720 Yun Zheng Lihua Lin B o Wang Xinchen Wang Polymeres graphitisches Kohlenstoffnitrid fur die nachhaltige Photoredoxkatalyse In Angewandte Chemie 127 2015 S 13060 doi 10 1002 ange 201501788 Elena Sheka Fullerenes Nanochemistry Nanomagnetism Nanomedicine Nanophotonics CRC Press 2011 ISBN 978 1 4398 0643 2 S 116 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Kohlenstoffnitride amp oldid 183189534