Kohlenstoff (diamant und graphit)

Kohlenstoff 1. Allgemeines Element der IV. Hauptgruppe (- 4 Außenelektronen) Symbol: C Oxidationszahlen: -2, +2, +4 Ordnungszahl:6 Atommasse: 12,01u Elektronegativität: 2,5 Reiner Kohlenstoff tritt in 3 Modifikationen (Erscheinungsformen) auf: Graphit, Diamant und FullereneÕGrund dafür:die Kohlenstoffatome können verschiedene Arten von Bindungen untereinander ausbilden Elementsubstanzen: Diamant und Graphit (Riesenmoleküle, polymere Stoffe) ÕEin polymerer Stoff ist ein Stoff, bei dem die Atome durch Atombindungen zu Riesenmolekülen verbunden sind 2. Eigenschaften Diamant und Graphit haben verschiedene Eigenschaften, weil sie sich in ihrem Bau durch unterschiedliche Anordnung der Kohlenstoffatome unterscheiden Eigenschaft: (1) Graphit griech.:graphein=schreiben (2)Diamant griech.:adamas=unbezwingbar Aussehen (1) grauschwarz, undurchsichtig, mattglänzend, blättrig-schuppig (2) farblos, durchsichtig, stark lichtbrechend Härte: (1) sehr weich, leicht spaltbar sehr hart, kaum spaltbar Elektr.

Leitfähigkeit: (1) horizontal zu den Schichten: gut vertikal zu den Schichten: keine (2) keine- Diamant ist ein elektr. Isolator Schmelztemperatur: (1) 3700°C (2)wird bei 1500°C und unter Luftausschuss zu Graphit Dichte: (1) 2,3g/cm3 (2) 3,5g/cm3 Wärmeleitfähigkeit: (1) gut (2) sehr gut Vorkommen: (1) häufig (2) selten Preis: (1) billig (2) teuer Verwendung: (1) Material für Elektroden und Schleifkontakte für Elektromotoren, Material für Kernreaktoren, Bestandteil von Bleistiftminen, Einsatz als Schmier- und Korrosionsmittel (2) Schmucksteine, Besatz in Bohr-, Schneid- und Schleifwerkzeugen (Bohrkrone, Glasschneider und Schleifpulver) Diamant und Graphit verbrennen in reinem Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid 3. Bau Graphit (1) Diamant (2) (1) -die Kohlenstoffatome schließen sich zu Sechserringen zusammen, die ein wabenförmiges Muster bilden-diese Struktur wiederholt sich in Ebenen -da die Bindungen zwischen den einzelnen Schichten schwach sind, lassen sie sich relativ leicht gegeneinander verschieben, was den Graphit so weich macht-das ist der Grund für die leichte Spaltbarkeit und die Schmierwirkung-von jedem Kohlenstoffatom im Graphit bilden 3 von 4 Außenelektronen mit anderen Kohlenstoffatomen gemeinsame Elektronenpaare-so bleibt jeweils ein Außenelektron beweglich-dadurch ist auch die elektr. Leitfähigkeit bedingt-auch im Graphit liegen "Riesenmoleküle" vor (2) -im Diamant ist jedes Kohlenstoffatom von 4 anderen Kohlenstoffatomen im gleichen Abstand umgeben-die Kohlenstoffatome bilden ein räumliches Gitter und sind untereinander durch Atombindungen verbunden-jedes Atom sitzt an einem festen Platz in der dreidimensionalen Struktur und kann nur sehr schwer verschoben werden-dieser Zusammenhalt der Atome ist der Grund für seine Härte und die Eigenschaft, den elektr. Strom nicht zu leiten-da eine Vielzahl von Kohlenstoffatomen durch Atombindungen verbunden ist, spricht man bei einer solchen Atomanordnung von "Riesenmolekülen" · Zur elektr. Leitfähigkeit: a) Graphit leitet den elektr.

Strom Der Kohlenstoff hat 4 Valenzelektronen. Im Graphit werden jeweils 3 für die kovalenten Bindungen innerhalb der Schichten verwendet. Die "4." Valenzelektronen bauen ein über die ganze Schicht reichendes delokalisiertes Elektronensystem auf. Darin können sich die Elektronen frei bewegen. Es findet ein Stromfluss statt.

Eine ideale Graphitstruktur leitet den elektr. Strom nur horizontal zu den Schichten. Vertikal zu den Schichten existiert kein delokalisiertes Elektronensystem - kein Stromfluss b) Diamant ist ein elektr. Isolator Der Kohlenstoff hat 4 Valenzelektronen, die im Diamantgitter alle zur Bildung kovalenter Bindungen verwendet werden. Es gibt kein delokalisiertes Elektronensystem, wie dies im Graphit der Fall ist. Sämtliche Elektronen sind lokalisiert.

Damit ist kein Ladungsfluss durch das Gitter möglich. 4. Fullerene - Bau und Eigenschaften Fullerene sind aus kugelförmigen Molekülen mit 28 - 94 Kohlenstoffatomen aufgebaut, deren Struktur an einen Fußball erinnert. Sie sind im Gegensatz zum Graphit nur einzelne Moleküle, die einen großen Hohlraum besitzen. Aufgrund dieser Struktur ist die Dichte der Fullerene mit 1,7g/cm3 relativ klein. Fullerene ebenfalls ein delokalisiertes Elektronensystem.

Innerhalb eines Fulleren-Moleküls können sich die Elektronen frei bewegen. Zwischen den einzelnen Molekülen findet jedoch keine Elektronenübertragung statt -deshalb leitet pulverförmiges Fulleren den elektr. Strom nicht. Bsp.: C60 Molmasse: 720,6 g/mol - ein sehr großes und schweres Molekül

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