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Graphit
Diamant
Erklärung
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Härte
Graphit ist einer der weichsten Stoffe.
Diamant ist einer der härtesten Stoffe.
Die Kristallstrukturen (siehe nächste Zeile) und die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen sind unterschiedlich.
Kristallstruktur
Synthetischer Graphit kommt nur in der hexagonalen alpha- Modifikation vor (wabenförmige ebene C-Schichten in ABAB- Reihenfolge).
In natürlichen Graphitvorkommen kann bis zu 30% in der rhombischen beta-Modifikation vorliegen (wabenförmige ebene C-Schichten in ABCABC- Reihenfolge).
Vergleich der beiden Modifikationen: siehe unten
Die wabenförmigen Schichten sind nur sehr locker an einander gebunden. Innerhalb der Schichten ist die Bindung zwischen den C-Atomen stark.
Natürlicher und synthetischer Diamant kristallisiert im kubischen System (Würfel, Oktaeder, usw.)
Zwischen allen C-Atomen ist eine sehr starke Bindung vorhanden.
Betrachten Sie die animierten Kristallstrukturen bei Diamant und Graphit. Mit dem Programm Chime können Sie interaktiv eingreifen.
Beide Bindungsarten sind möglich
ABAB-Graphitgitter:
Diamantgitter:
Farbe
Es sind von Graphit nur schwarze Stoffproben bekannt.
Die Farbe von Diamanten variiert von farblos, transparent über verschiedene Farbtöne bis schwarz, undurchsichtig, je nach Verunreinigung.
Die Farbe wird auf die unterschiedliche Bindung zwischen den C-Atomen im Graphit (delokalisierte Bindung) bzw. im Diamanten (lokalisierte Bindung) zurückgeführt.
Schmelz-
punkt
Graphit hat keinen Schmelzpunkt, sondern wird oberhalb 2500 °C plastisch verformbar.
Diamant schmilzt bei ca. 3550 °C bei Normaldruck.
Bisher sind noch keine befriedigende Erklärungen vorhanden.
Dichte
Die Dichte variiert für amorphen Graphit von 1,8 bis 2,1 g/cm3,
für kristallinen Graphit von 1,9 bis 2,3 g/cm3.
Die Dichte variiert von 3,150 bis 3,513 g/cm3. Die
Dichteschwankungen sind ungewöhnlich und bisher noch nicht befriedigend erklärt.
Wärme-
leitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit ist etwa so schlecht wie Mangan.
Die Wärmeleitfähigkeit von Diamant ist sehr gut (etwa 2 bis 5 mal größer als Silber und 5 bis 8 mal größer als Gold).
Es liegen völlig verschiedene Wärmeleitungsmechanismen vor, die kompliziert zu erklären sind.
Elektrische
Leitfähigkeit
Polykristalline Graphit-Proben leiten den elektrischen Strom wie Metalle (etwa 8 x schlechter als Mangan - das am schlechtesten leitende Metall).
Synthetische Diamanten sind Halbleiter, natürliche Diamanten sind entweder sehr gute Isolatoren oder starke elektrische Halbleiter.
Die gute Leitfähigkeit von Graphit wird auf die Bindungsverhältnisse innerhalb der wabenförmigen Kohlenstoffebenen zurückgeführt. Die Leitfähigkeit der Diamanten ist noch nicht befriedigend verstanden.
Löslichkeit
Graphit löst sich besser als Diamant in Metallschmelzen (besonders Eisen, aber auch Kobalt, Nickel, Chrom und Platin).
Diamant löst sich schlechter als Graphit in Metallschmelzen (besonders Eisen, aber auch Kobalt, Nickel, Chrom und Platin).
Die Unterschiede in der Löslichkeit sind noch nicht befriedigend verstanden.
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