AllotropeKohlenstoffmodifikation

InhaltsverzeichnissAllgemeines zum KohlenstoffModifikationenDiamant

EigenschaftenEntstehung/HerstellungVerwendungLonsdaleit

GraphitEigenschaftenEntstehung/HerstellungVerwendung

FulleritEigenschaftenEntstehung/HerstellungVerwendungNanoröhrchenVerwendung

Amorpher KohlenstoffEigenschaftenEntstehung/HerstellungVerwendung

Quellen

Allgemeines zum KohlenstoffKohlenstoff 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 CO2. 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.

DiamantEigenschaftenDiamant ist das härteste aller bekannten Materialien.Die Bindungen sind 115 pmlangDichte von 3.5 g/cm³.Verbrennt bei 800°C zu CO2

Stark oxidierende Säuren und Schmelzen oder flüssige, carbidbildendeMetalle können einen Diamant angreifen.Diamanten lassen sich in der Natur auch mit unterschiedlichen Farben und Transparenz finden.

Entstehung/HerstellungIn 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

VerwendungIn 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.

LonsdaleitEntdeckt durch irischen Kristallografin und Professorin Kathleen Lonsdale (1903-1971) im Jahr 1967.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.

GraphitEigenschaften

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. 3650°C.

Entstehung/HerstellungIn 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.

VerwendungGraphit 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.

FullereneFullerit

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

Herstellung

Fullerene entstehen, wenn Kohlenstoff verdampft wird und dann wieder kondensiert. Es wurde auch ein Gerät entwickelt, um auch im Labor Fulleritherzustellen.

Die Fulleritproduktion ist im Allgemeinen nicht sehr teuer und wird in Zukunft etwa den Preis von Aluminium haben

VerwendungDa 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.

FullereneNanoröhrchen

1991 zufällig entdeckt durch Professor Sumio Iijima

Bei einer Lichtbogenentladung zwischen Kohlenstoffelektroden wurden sie erzeugt.

1996: Laserverfahren zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren. Dabei wird Graphitmit 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

VerwendungTransistoren aus NanoröhrenNanoröhrenspeicherNanoröhren 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 RöhrenHerstellen von extrem schwarzen Oberflächen

Amorpher KohlenstoffAmorpher Kohlenstoff ist schwarz und besteht aus Kohlenstoffatomen, die regellos angeordnet sind.

Entstehung / HerstellungZucker kann bei 900°C und unter Luftausschluss zu amorphen Kohlenstoff umgesetzt werden.

VorkommenEr befindet sich in unterschiedlicher Reinheit in Ruß und fossilen Brennstoffen.

VerwendungE 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.

Quellenangaben

www.wikipedia.orgwww.mineralienatlas.dewww.artikelpedia.deC.E. Mortimer, U. Müller, Chemie, Thieme-Verlag, 8. Auflage 2003