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Graphit und Diamant 06:24 min

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Transkript Graphit und Diamant

Der Diamant an Ninas Finger besteht aus dem gleichen Baustoff wie der Stift, mit dem Chris sie porträtiert. Beide sind ausschließlich aus Kohlenstoffatomen aufgebaut, der Graphit im Bleistift und der Diamant. Aber Graphit ist schwarz, undurchsichtig und glänzt wie Metall, und Diamanten sind glasklar und funkeln. Und warum sind Diamanten so hart, dass man mit ihnen mühelos Glas ritzen kann? Graphit dagegen ist sehr weich. Aber beide bestehen aus den gleichen Kohlenstoffatomen. Der Grund für die Unterschiede: die Kristallstrukturen und die räumliche Anordnung der Atome. Graphit besteht aus übereinander gelagerten Kohlenstoffschichten, die in Sechsecken, also hexagonal, miteinander verknüpft sind. Im Kristallgitter sind die regelmäßigen Sechsecke aus Kohlenstoffatomen in der Art einer Bienenwabe verknüpft. Jedes Kohlenstoffatom ist mit nur drei anderen Kohlenstoffatomen kovalent verbunden. Das bedeutet, jedes Kohlenstoffatomen besitzt noch ein Elektron, das keine Bindung eingeht. Dieses eine Elektron ist ähnlich wie bei Metallen beweglich innerhalb einer Schicht. Deshalb ist Graphit elektrisch leitfähig. Durch die Bleistiftmine fließt Strom. Selbst wenn man den Strom durch einen großen Graphitbrocken leitet, geht das LED-Lämpchen an. Weil die freien Elektronen das Licht aufhalten, ist Graphit lichtundurchlässig. Im Kristallgitter von Graphit ist der Abstand zwischen den Schichten doppelt so groß wie der zwischen den benachbarten Kohlenstoffatomen. Die einzelnen Schichten werden nur durch schwache Kräfte zusammengehalten, die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte. Wegen der schwachen Bindung lassen sich die Schichten leicht gegeneinander verschieben und auch voneinander trennen. Das erklärt, warum man mit Graphit schreiben kann. Graphit ist ein bedeutender Rohstoff. Er kommt auf der ganzen Welt vor in Form von Flocken, Körnern und Adern im kohlenstoffreichen Gestein. Die großen Abbaustätten befinden sich in China, Brasilien und Indien, aber auch in Deutschland gibt es eine Graphitmine in Kropfmühl im Landkreis Passau. Das einzige deutsche Graphitbergwerk wurde im Jahr 2012 wiedereröffnet, nachdem es sechs Jahre stillgelegt war. Die Nachfrage nach Graphit ist in letzter Zeit deutlich gestiegen und die Entwicklung der Preise am Weltmarkt hat den Abbau wieder rentabel gemacht. Der Rohstoff wird heute auf vielfältige Weise genutzt, nicht nur für Bleistiftminen. Graphit ist Bestandteil von Lithiumionenzellen, also von Handy-Akkus. Außerdem hat Graphitpulver sehr gute Schmiereigenschaften. Man kann damit unter anderem Schlösser wieder gängig machen. Aus reinem Kohlenstoff besteht auch der Diamant, griechisch “Adamas”, “der Unbezwingbare”. Es ist der härteste natürliche Stoff der Erde. Das Kristallgitter von Diamanten hat eine kubische Struktur, die Atome sind alle gleich weit voneinander entfernt und lassen sich wegen ihrer festen Bindung nur schwer gegeneinander verschieben oder voneinander trennen. Jedes Kohlenstoffatom ist mit vier anderen Kohlenstoffatomen verknüpft. Sämtliche Außenelektronen sind an kovalenten Bindungen beteiligt. Es gibt also im Diamantgitter keine beweglichen Elektronen. Weil jedes Außenelektron in einer Bindung steckt, leitet der Diamant auch keinen Strom. Diamant ist also ein Isolator. Weil freie, also durch Licht leicht anregbare Elektronen fehlen, sind Diamanten transparent. Sie absorbieren kein Licht. Genau diese Eigenschaft macht aus Diamanten begehrte Schmuckstücke. In Form von geschliffenen Brillanten brechen sie wie kein anderes Material das sichtbare Licht. Diamanten sind sehr selten. Bedeutsame Vorkommen liegen in Russland, in Kanada und im südlichen Afrika. Bei Kimberley entstand im Tagebau das Big Hole, eines der größten, von Menschen geschaffenen Löcher der Welt. Diamanten entstehen meist bei hohem Druck und hoher Temperatur im Erdmantel in 150 bis 650 Kilometern Tiefe. Oft werden sie durch Vulkanausbrüche nach oben befördert. Auch in Deutschland, im Nördlinger Ries kann man Diamanten finden vor 15 Millionen Jahren hinterließ hier ein Meteorit einen 24 Kilometer breiten Krater. Beim Aufprall des Himmelskörpers entstanden Diamanten. Im Impaktgestein des Nördlinger Ries, dem Suevit, sollen sich sogar viele Tonnen Diamanten verstecken. Allerdings: Die Diamantsplitter sind nur Bruchteile von Millimetern groß. Reich werden kann man mit der Diamantensuche hier sicher nicht. Diamanten lassen sich auch künstlich herstellen, aus Graphit. Bei Luftabschluss, extrem hohem Druck und über 1200 bis 1500 Grad Celsius wandelt sich das Kristallgitter des Graphits in das thermodynamisch stabilere Gitter des Diamanten um. Mit diesen Industriediamanten werden Seilsägen für den Abbau von hartem Gestein besetzt oder Flexscheiben, um Beton zu zerschneiden, und Gesteinsbohrer, mit denen man sehr tiefe Löcher in härtestes Material bohren kann.

1 Kommentar
  1. cool ich habe schon viele dias zuhause

    Von Nadine Hilbrich, vor etwa einem Jahr