Graphit ist ein Mineral, das aus Kohlenstoff besteht. Graphit ist in horizontalen Schichten mit Ringen aus sechs Kohlenstoffatomen aufgebaut, und diese Schichten liegen nicht dicht beieinander.
Der Wert von Graphit wird in vielen Dingen genutzt, von Schmierfett bis hin zur hochentwickelten Wissenschaft, und beeinflusst verschiedene Bereiche.
Atomare Struktur von Graphit
Kohlenstoffanordnung
Stellen Sie sich eine Wabe vor, die nicht aus Wachs, sondern nur aus Kohlenstoffatomen besteht! Die atomare Struktur von Graphit ist seine grundlegende Natur.
Jedes Kohlenstoffatom in einer Schicht ist fest mit drei anderen verbunden und bildet so ein starkes Netzwerk. Jedes Kohlenstoffatom sitzt glücklich in der Mitte eines sechsseitigen Kreises und bildet so viele endlose sechseckige Schichten.
Dieser Aufbau, sp²-Hybridisierung genannt, ermöglicht es jedem Kohlenstoffatom, drei starke kovalente Bindungen mit seinen nahen Nachbarn einzugehen. Dadurch bleibt ein zusätzliches Elektron übrig, das sich über die gesamte Schicht bewegen kann. Diese freien Elektronen sind für viele der einzigartigen Eigenschaften von Graphit unerlässlich.
Verklebung
Anders als bei Diamanten, wo jedes Kohlenstoffatom vier starke Bindungen bildet, die die Atome in einer steifen Kastenform zusammenhalten, weisen die Verbindungen bei Graphit in eine Richtung. Die schwachen Kräfte zwischen den Schichten lassen sie wie Pfannkuchen auf einer Bratpfanne aneinander vorbeigleiten.
Diese einzigartige Verbindung zeigt auch, warum Graphit Strom leiten kann. Die freien Elektronen können sich leicht durch die Schichten bewegen, daher ist es die perfekte Wahl für Batterien und Elektroden.
Vergleich mit anderen Allotropen
Im Gegensatz zur Härte des Diamanten weist Graphit Schichten auf, die sich biegen. Dies zeigt, wie unterschiedlich Kohlenstoff in Form und Gestalt sein kann (Allotrope). Während ein Diamant tetraedrisch aufgebaut ist und jedes Kohlenstoffatom mit vier anderen verbunden ist, verleiht Graphit seine hexagonale Struktur anderen Eigenschaften. Betrachtet man Graphit und Fullerene, unterscheidet sich die runde Form der Fullerene stark von der Art und Weise, wie Graphit aus Schichten aufgebaut ist.
Physikalische Eigenschaften von Graphit
Farbe und Aussehen
Die Farbe von Graphit variiert von einem glänzenden Metall-Look bis hin zu einem dunkelgrauen Farbton. Sein einzigartiges Aussehen macht ihn attraktiver und bei verschiedenen Anwendungen leicht erkennbar. Diese einzigartige Farbe eignet sich hervorragend für Bleistifte und lässt Bilder und Zeichnungen tiefgründiger und spannender erscheinen.
Dichte und spezifisches Gewicht
Even though it’s strong, graphite is surprisingly lighter compared with metal. The density of graphite is about approximately 1.7 g/cm³. Its many layers and open rooms let it stay on top in water. It also feels as light as a feather when you touch it. Because it’s not heavy, it is perfect for uses where weight is essential, such as airplane pieces and sports gear.
Schmelz- und Siedepunkte
Obwohl Graphit hervorragend Wärme leitet, benötigt es 3.500 °C, um weich und flüssig zu werden. Dieser hohe Schmelzpunkt eignet sich hervorragend für Anwendungen mit hohen Temperaturen, wie sie in Gießereien und sogar in Teilen von Kernreaktoren hergestellt werden. Stellen Sie sich vor, Sie hätten einen Bleistift in einem Vulkan. So heiß kann Graphit werden.
Leitfähigkeit (elektrisch und thermisch)
Die Fähigkeit von Graphit, Elektrizität und Wärme zu leiten, ist eng miteinander verbunden. Die beweglichen Elektronen in seinen Schichten geben problemlos sowohl Wärme als auch Elektrizität weiter.
Damit lässt sich damit ganz einfach Akkus aufladen, Dinge aufwärmen und sogar mit Touchscreens arbeiten. Stellen Sie sich das Scrollen auf Ihrem Telefon vor. Diese flüssige Bewegung ist der Leitfähigkeit von Graphit zu verdanken.
Schmiereigenschaften
Graphit lässt sich durch seine Schichten leicht zwischen den Schichten bewegen und ist daher ein hervorragendes Schmiermittel. Daher ist es beliebt in Fällen, in denen weniger Schlupf und reibungslose Bewegung wichtig sind. Daher eignet es sich hervorragend für Schlösser, Räder und sogar Bleistifte.
Kristallstruktur von Graphit
Sechseckige Gitteranordnung
Die Kohlenstoffatome des Graphits sind in flachen Schichten in einem sechseckigen Muster angeordnet. Dies verleiht der Struktur Schönheit und Festigkeit. Diese Anordnung trägt zu den Besonderheiten des Graphits bei, beispielsweise seiner Fähigkeit, Elektrizität zu leiten und seine Gleitfähigkeit.
Schichten und intermolekulare Kräfte
Die Graphitplatten haben wie gestapelte Stücke eine erstaunliche Biegefestigkeit und Beweglichkeit, da schwache Verbindungen zwischen den Molekülen sie zusammenhalten. Diese Kräfte helfen den Schichten, sich leicht übereinander zu bewegen. Dadurch wirkt Graphit auf einzigartige Weise, was in verschiedenen Branchen eingesetzt werden kann.
Mechanische Eigenschaften von Graphit
Festigkeit und Härte
Graphit ist stark und hart, wodurch es für viele Anwendungen lange hält. Seine starke Struktur besteht aus vielen Schichten. Jede Bindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen in einer Schicht ist stark und bleibt auch unter Druck zusammen.
Flexibilität und Elastizität
Obwohl Diamant hart ist und leicht bricht, machen die speziellen Schichten des Graphits ihn überraschend biegsam.
Graphit lässt sich leicht dehnen und biegen, sodass es in verschiedenen Situationen nur schwer bricht. Diese Flexibilität schützt vor Belastungen oder Beschädigungen, wenn Dinge bewegt werden. Schwache Kräfte zwischen den Blättern ermöglichen es ihnen, sich zu biegen und zu verdrehen, ohne zu brechen. Dadurch eignet es sich hervorragend für Dichtungen, Fett und sogar Stoßdämpfer.
Anisotrope Natur
Graphit ist kein gewöhnliches Material. Seine Eigenschaften ändern sich, je nachdem, ob Sie auf unterschiedliche Weise drücken oder ziehen. Es ist stark und fest entlang der Linien, aber schwach und lässt sich leicht zwischen ihnen verschieben. Diese „Einweg“-Eigenschaft eignet sich hervorragend für Anwendungen, die spezielle Richtungsangaben erfordern, wie z. B. Kompasse und elektrische Radiergummis.
Chemische Eigenschaften von Graphit
Reaktivität mit Sauerstoff
Graphit, ein normalerweise ruhiger Bestandteil der chemischen Welt, kann bei Hitze Probleme mit Sauerstoff bekommen.
Bei Temperaturen über 700 Grad löst sich dieses Material in Schichten ab und verwandelt sich in Kohlendioxid. Dies hilft, Feuer zu schüren und große Öfen anzutreiben, die Dinge schmelzen. Diese Eigenschaft stärkt das Material und hält an verschiedenen Orten, insbesondere in der Luft.
Beständigkeit gegen Säuren und Basen
Seine starken Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und seine Schichtstruktur können von den meisten Säuren und Basen nur schwer aufgebrochen werden.
Dadurch eignet es sich perfekt für Anwendungen wie die Innenwände von chemischen Reaktoren und sogar Behältern, die heiße Metalle handhaben können. Diese Eigenschaft macht es besser für gefährliche Orte geeignet, was dazu beiträgt, mehr Arten von Dingen zu verwenden.
Oxidation und Korrosion
Graphit verändert sich stark, wenn er sehr heiß wird. Unter Standardbedingungen verläuft diese Veränderung jedoch normalerweise langsam und stetig.
Es rostet langsam oder nutzt sich mit der Zeit ab. Mit der Zeit bildet der umgebende Sauerstoff nach und nach eine dünne Schicht Kohlendioxid auf seiner Oberfläche. Dieser langsame Verschleiß verändert seine Haupteigenschaften nicht und macht es zu einem starken und zuverlässigen Material.
FAQS
1. Warum wird Graphit als Schmiermittel verwendet?
Graphit wird als Gleitmittel verwendet, da seine Schichten aneinander vorbeigleiten können. Dies geschieht, weil schwache Kräfte den Graphit zusammenhalten. Daher hat es eine rutschige Eigenschaft und wird als festes Gleitmittel verwendet.
2. Warum kann Graphit Strom leiten, Diamant jedoch nicht?
Graphit ist ein seltenes Nichtmetall, das Elektrizität leiten kann. In Graphit ist ein Kohlenstoffatom mit drei anderen Kohlenstoffatomen verbunden, und wenn es eine freie oder lockere Stelle gibt, kann diese Elektrizität leiten.
3. Was sind die wichtigsten chemischen Eigenschaften von Graphit?
Da die Bindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen in Graphit stark ist, hat es einen hohen Schmelz- und Siedepunkt. Wir wissen, dass kovalente Bindungen stärker sind als andere.
Weitere Ressourcen:
Graphit – Quelle: WIKIPEDIA
Graphit-Kohlenstoff – Quelle: BRITANNICA
Was ist Graphit – Quelle: BYJUS
