Koolstofbinding

Koolstofbinding verwijst naar de wijze waarop koolstofatomen zich aan elkaar en aan andere elementen binden. Koolstof heeft vier valentie-elektronen en vertoont tetravalente bindingen, waardoor het in een enorme variëteit aan moleculen kan voorkomen. De kern van koolstofbinding is covalente binding, waarin atoombindingen worden gevormd door het delen van elektronen.

De bindingen tussen koolstofatomen bestaan hoofdzakelijk uit sigma-bindingen, en bij dubbele of drievoudige bindingen ook uit pi-bindingen. Bij sp3-hybridisatie is koolstof tetraëdrisch, met vier enkelvoudige C–C bindingen en een hoek van ongeveer 109,5 graden. Bij sp2-hybridisatie vormt een koolstof met drie sigma-bindingen en één pi-binding een planaire structuur met ≈120 graden hoeken, zoals in C=C-bindingen. Bij sp-hybridisatie levert koolstof twee sigma-bindingen en twee pi-bindingen, wat lineaire C≡C-bindingen oplevert met een hoek van 180 graden.

Koolstof kan lange ketens en ringvormige structuren vormen via catenatie, wat leidt tot een grote verscheidenheid aan verbindingen: alkanen, alkenen, alkynen en aromatische verbindingen. Door variatie in grootte, substituenten en functionele groepen ontstaan talloze moleculen, van eenvoudige gassen zoals methaan tot complexe reeksen zoals polymeren en biomoleculen. Koolstof kan ook covalente netwerken vormen, zoals in diamant, grafiet en grafenen, wat leidt tot verschillende fysische eigenschappen.

Koolstofbinding is de kern van organische chemie en biochemie. Het vermogen van koolstof om met zichzelf en met verschillende elementen te binden, onderbouwt functionele groepen, polymerisatie en stofeigenschappen, en maakt koolstof het centrale element in de chemie van levende systemen.