Graphit

Graphit ist neben Diamant und den Fullerenen eine der Modifikationen des Kohlenstoffs. Seine Formel lautet C.

Ansehen : Starten Sie die Jmol–Visualisierung durch Anklicken des Graphitkristalls. Betrachten Sie den Kristall von vorn, um die Schichtstruktur zu sehen, und betrachten Sie ihn von oben, also quer zu den Schichten, um das zweidimensionale Netzwerk aus Sechsecken von Kohlenstoffatomen zu sehen.

Struktur und Eigenschaften

Graphit hat eine Schichtstruktur . In einer Schicht ist jedes Kohlenstoffatom an 3 andere Kohlenstoffatome gebunden, so dass sich ein zweidimensionales Netzwerk aus Sechsecken von Kohlenstoffatomen ergibt. Für diese (kovalenten) Bindungen gibt jedes Kohlenstoffatom 3 seiner 4 Valenzelektronen ab. Die „vierten” Valenzelektronen bauen ein über die ganze Schicht reichendes delokalisiertes (aromatisches) Pi-Elektronensystem auf. Diese Elektronen sind innerhalb der Schicht frei beweglich, so dass Graphit parallel zu den Kohlenstoffschichten elektrisch leitfähig ist.

Jedes Kohlenstoffatom einer Schicht ist mit einem Kohlenstoffatom der benachbarten Schicht verbunden. Diese Bindungen sind mit 335 pm mehr als doppelt so lang wie die Bindungen innerhalb einer Schicht (142 pm). Dadurch sind sie sehr schwach, und Graphit kann parallel zu den Schichten leicht gespalten werden.


Graphitkristall aus Sri Lanka
© Mineralogie Uni Bremen

Vorkommen – Gewinnung – Verwendung

natürlicher Graphit : Die wichtigsten Vorkommen sind in China, Korea und Indien. Er wird dort sowohl im Tagebau als auch unter Tage in großen Mengen (ca. 600.000 Tonnen pro Jahr) abgebaut. Graphit wird nicht nur für Bleistiftminen verwendet. Dort, wo man kein Öl benutzen kann (z.B. weil es verharzt), ist Graphit das richtige Schmiermittel. Andere Anwendungen sind Bremsbeläge (hier nimmt man es statt Asbest) und feuerfeste Tiegel.

künstlicher Graphit wird durch Pyrolyse von Kohle und Erdöl gewonnen. Mehrere Millionen Tonnen in Jahr werden hauptsächlich als Elektroden verbraucht.

Ruß, Koks, Holzkohle sind ähnlich dem Graphit aufgebaut. Die Schichten sind aber nicht mehr geordnet, sondern regellos gegeneinander verschoben oder verdreht.

Umwandlungen

Bei Raumtemperatur und Normaldruck ist Graphit die thermodynamisch stabile Modifikation des Kohlenstoffs.

Bei sehr hohem Druck (über 50.000 bar) und hohen Temperaturen (um 2000°) wandelt sich Graphit schnell in Diamant um, der unter diesen Bedingungen thermodynamisch stabiler ist.

physikalische Eigenschaften

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