Allotrope Kohlenstoffmodifikation

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1 Allotrope Kohlenstoffmodifikation

2 Inhaltsverzeichniss Allgemeines zum Kohlenstoff Modifikationen Diamant Eigenschaften Entstehung/Herstellung Verwendung Lonsdaleit Graphit Eigenschaften Entstehung/Herstellung Verwendung Fullerit Eigenschaften Entstehung/Herstellung Verwendung Nanoröhrchen Verwendung Amorpher Kohlenstoff Eigenschaften Entstehung/Herstellung Verwendung Quellen

3 Allgemeines zum Kohlenstoff Kohlenstoff ist ein Element der IV. Hauptgruppe Er hat die Ordnungszahl 6. Die Atommasse beträgt 12,011 u. In geringen Mengen gibt es auch C13 und C14, welches radioaktiv ist. Es gibt verschiedene Kohlenstoffverbindungen, die einfachsten bestehen aus Kohlenstoff mit Wasserstoff. Kohlenstoff verbrennt unter Freisetzung von Energie zu CO 2. In der Natur kommt Kohlenstoff hauptsächlich in Form von Carbonaten vor. Eine wichtige Form des Kohlenstoff ist die des Erdöl, Erdgas oder Kohle als Energielieferant.

4 Diamant Eigenschaften Diamant ist das härteste aller bekannten Materialien. Die Bindungen sind 115 pm lang Dichte von 3.5 g/cm³. Verbrennt bei 800 C zu CO 2 Stark oxidierende Säuren und Schmelzen oder flüssige, carbidbildende Metalle können einen Diamant angreifen. Diamanten lassen sich in der Natur auch mit unterschiedlichen Farben und Transparenz finden.

5 Entstehung/Herstellung In der Natur kristallisiert der Kohlenstoff nur unter sehr hohen Druck und hohen Temperaturen Zur synthetischen Herstellung von Diamantenpulver wird kristallinem Graphit bei einem Druck von 50 kbar und einer Temperatur von 1700 C in Form gebracht. Im Jahre 1955 ist dies erst gelungen. Oder via CVD (chemical vapour deposition)-synthese, sie eignet sich zur Beschichtung von unterschiedlichsten Material. Eine Methode heißt Hot filament-methode

6 Verwendung In der Elektronik benutzt man Diamantbeschichtung wegen ihrer hohen Wärmefähigkeit Halbleitende d.h. Diamanten mit Verunreinigungen verschiedener Stoffe, finden Verwendung als Dioden, oder als Prototyp in Verstärkern CVD-beschichtete Membrane findet man auch mittlerweile in Lautsprechern In der Industrie dienen Diamanten oft als Schleifmittel und bei Schneid-, Bohr-, Fräs- oder Schleifwerkzeugen. Natürlich dient Diamant auch als Schmuckstein wegen der Farbenvielfalt und dem Glanz.

7 Lonsdaleit Entdeckt durch irischen Kristallografin und Professorin Kathleen Lonsdale ( ) im Jahr Lonsdaleiten entstehen, wenn Graphit durch Schockereignisse, in Diamant umgewandelt wird, dabei aber das hexagonale Kristallgitter des Graphits erhalten bleibt. Fundorte für das Mineral ist die Umgebung des Barringer-Kraters und der dort gefundene Canyon- Diablo-Meteorit.

8 Graphit Eigenschaften Graphit ist schwarz, weich und besitzt einen metallischen Glanz. Der Atombau erklärt dieses. Sie haben einen Abstand von 335 pm und werden aus hexagonal angeordneten Kohlenstoffatomen gebildet. Jedes Atom besitzt somit eine Atombindung mit drei weiteren, dessen Länge 142 pm beträgt. Der Winkel der dadurch entsteht beträgt 120. Graphit ist das einzige Nichtmetall das elektrisch leitend ist, es ist jedoch ein schlechter Wärmeleiter Dichte von 2,3 g/cm³ Schmelztemperatur von ca C.

9 Entstehung/Herstellung In der Natur vorkommender Graphit, der unter Hitze- und Druckeinwirkung z.b. in Vulkanen entstanden ist, enthält meistens Verunreinigungen und wir deshalb technisch gereinigt. Graphit lässt sich aber auch künstlich herstellen. Dabei wird Kohle mit sehr hohem Kohlenstoffanteil ( Anthrazit ) stark und unter großem Druck erhitzt.

10 Verwendung Graphit wird zur Herstellung von Bleistiftminen gebraucht. Wegen der hohen Temperaturbeständigkeit werden auch Schmelzwannen aus Graphit hergestellt. Außerdem findet er in Form von Staub Verwendung als Schmiermittel und in Industriefarben. Auch werden Elektroden für elektrochemische Prozesse. Graphit wird auch als Moderator ( Neutronenbremse ) in Kernreaktoren verwendet, wo man ihn in hochreiner Qualität benötigt.

11 Fullerene Fullerit ist transparent und gelb-bräunlich. Es ist weich wie Graphit und sehr elastisch. Fullerit löst sich sehr leicht in Benzol Das Fullerit ist aus Fullerenen aufgebaut. Es können sich keine Fremdatome wie z.b. beim Diamanten anheften. In Fullerene können auch je nach Größe Fremdatome mit Hilfe eines Laserstrahls eingebaut werden. Es besteht sogar die Vermutung, dass sie den Krebswachstum in einem Körper stoppen können

12 Herstellung Fullerene entstehen, wenn Kohlenstoff verdampft wird und dann wieder kondensiert. Es wurde auch ein Gerät entwickelt, um auch im Labor Fullerit herzustellen. Die Fulleritproduktion ist im Allgemeinen nicht sehr teuer und wird in Zukunft etwa den Preis von Aluminium haben

13 Verwendung Da die Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten noch nicht alle erforscht sind und sich noch in der Entwicklungsphase befinden, sind die folgenden Beispiele nur Prototypen. Fullerene finden Verwendung in der Mikroelektronik. Je nach Art der eingebauten Atome lassen sich Isolatoren, Halbleiter, Leiter oder Supraleiter herstellen. Außerdem kann man Fullerene zum Herstellen von Batterien benutzten.

14 Fullerene Nanoröhrchen 1991 zufällig entdeckt durch Professor Sumio Iijima Bei einer Lichtbogenentladung zwischen Kohlenstoffelektroden wurden sie erzeugt. 1996: Laserverfahren zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren. Dabei wird Graphit mit einem Laser verdampft. katalytische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen erzeugt ganze Felder von weitgehend parallelen Röhren auf einer Unterlage Röhren mit hexagonaler Struktur haben eine einheitliche Dicke und sind linear, es sind aber auch geknickte oder sich verengende Röhren möglich, die eingesetzte fünfeckige Kohlenstoffringe enthalten

15 Verwendung Transistoren aus Nanoröhren Nanoröhrenspeicher Nanoröhren für Messtechnik Nanoröhren zur Verbesserung von Kunststoffen Beimischung bei Lithiumakkus Bündel von Röhren wurden bereits zu Fäden oder Matten verarbeitet Erzeugung von Dioden durch Kombination unterschiedlicher Röhren Herstellen von extrem schwarzen Oberflächen

16 Amorpher Kohlenstoff Amorpher Kohlenstoff ist schwarz und besteht aus Kohlenstoffatomen, die regellos angeordnet sind. Entstehung / Herstellung Zucker kann bei 900 C und unter Luftausschluss zu amorphen Kohlenstoff umgesetzt werden. Vorkommen Er befindet sich in unterschiedlicher Reinheit in Ruß und fossilen Brennstoffen. Verwendung E findet Verwendung in Druck- und Anstrichfarben. Außerdem wird er als Füllstoff in der Reifenindustrie benutzt. Amorpher Kohlenstoff ist in fossilen Brennstoffen wie Kohle, Koks, und Erdöl als Energielieferant unentbehrlich.

17 Quellenangaben C.E. Mortimer, U. Müller, Chemie, Thieme- Verlag, 8. Auflage 2003