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1. Modifikationen des Kohlenstoffs
1.2 Graphit
- Eigenschaften
Der Name Graphit ist aus dem griechischen Wort graphein,
"schreiben", entstanden, denn Graphit ist so weich, daß man damit schreiben
kann. Auf der Härteskala von Mohs erhält Graphit die Härte 1. Er ist ein schwarzer,
undurchsichtiger Feststoff, der sich fettig anfühlt. Die Oberfläche ist schuppig, und
ein Graphitstein ist leicht in Blättchen spaltbar. Obwohl Graphit ein Nichtmetall ist,
weist er einen gewissen metallischen Glanz auf. Und tatsächlich ist Graphit, ebenso wie
die Metalle, ein sehr guter Leiter von Elektrizität und Wärme.
Abb. 4: Graphit
Die Dichte von Graphit beträgt 2,3g/cm3, die Schmelztemperatur 3700°C.
Graphit ist in keinem Lösungsmittel löslich.
Aufbau
Im Graphitgitter bilden die Kohlenstoffatome viele übereinander liegende ebene Schichten.
Alle Atome einer Schicht sitzen an den Ecken regelmäßiger Sechsecke (Bienenwabenmuster).
Jedes Kohlenstoffatom ist mit nur drei weiteren gleich weit entfernten Kohlenstoffatomen
über Elektronenpaarbindung miteinander verbunden. Somit sind drei Außenelektronen von
jedem Kohlenstoffatom durch die Bindung zwischen den Atomen festgelegt. Das vierte
Außenelektron jedes Kohlenstoffatoms ist, ähnlich wie bei Metallen, frei beweglich. Das
erklärt die gute elektrische Leitfähigkeit und den metallischen Glanz des Graphits.
Außerdem halten die freien Elektronen Licht auf und machen den Graphit
lichtundurchlässig.
Die Schichten des Graphitgitters haben einen wesentlich größeren Abstand voneinander als
die Atome innerhalb einer Schicht. Die Anziehungskräfte zwischen den Schichten sind nur
gering, die Schichten lassen sie sich gegeneinander verschieben. Deshalb ist Graphit weich
und blättrig, man kann mit ihm schreiben.
Da die Atome im Graphitgitter nicht so dicht gepackt sind wie im Diamantgitter, ist die
Dichte von Graphit auch wesentlich geringer. Die Schichten des Graphitgitters bestehen aus
einer riesigen Anzahl von Atomen, deshalb schmilzt Graphit erst bei sehr hohen
Temperaturen und löst sich in keinem Lösungsmittel.
Abb. 5: Kristallgitter des Graphits
- Verwendung
Die geringe Härte des Graphits und seine Fähigkeit, auf geringen Druck hin in kleinen
Teilchen abzusplittern, wird im Bleistift tagtäglich benutzt. Zur Herstellung von
Bleistiften wird Ton mit Graphitpulver vermischt. Daraus werden runde Minen geformt, die
gebrannt und anschließend in heißes Wachs getaucht werden. Das Wachs dringt in die Poren
ein und gibt den porösen Minen Stabilität. Je größer der Anteil an Ton in der Mine
ist, desto härter schreibt sie . Eine weiche Mine enthält ca. 25% Ton, eine harte Mine
bis zu 75%. Die Härtegrade werden mit den Buchstaben H und B angegeben. Dabei steht H
für "hard" (hart) und B für "black", also für eine schwarze Mine
mit einem hohen Anteil an Graphit. Die Abstufungen reichen von 8B (sehr weich) über HB
(mittelhart) bis zu 7H (sehr hart).Der Name Bleistift ist auf eine
Verwechslung zurückzuführen. Wegen seines metallischen Glanzes hielt man Graphit im
Jahre 1564 zunächst für ein Bleimineral. Graphit wurde in schmale Stäbchen zersägt und
in Holzleisten eingeleimt, der erste "Bleistift" war geboren. Erst 200 Jahre
später zeigte der schwedische Chemiker Scheele, daß es sich bei diesem Mineral nicht um
Blei handelte. Inzwischen war der Name Bleistift jedoch soweit verbreitet, daß er bis
heute nicht durch den Namen "Graphitstift" verdrängt wurde.
Da Graphit sehr weich ist, kann er auch als Schmiermittel dienen. So
wird Graphitpulver zum Beispiel als Gleitmittel für Türschlösser verwendet.
Die elektrische Leitfähigkeit von Graphit nutzt man in
Graphitelektroden aus. Auch in Bauteilen der Elektrotechnik wird Graphit als elektrischer
Leiter verwendet.
Wegen seiner Beständigkeit gegenüber Hitze sowie seiner guten
Wärmeleitfähigkeit werden aus Graphit feuerfeste Produkte wie zum Beispiel Tiegel zum
Schmelzen von Metallen hergestellt.
Da Graphit chemisch sehr widerstandsfähig ist, verwendet man ihn als
Schutzanstrich für Kessel und Hochöfen.
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