Diamant und Graphit

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Kohlenstoff: Diamant und Graphit im Vergleich
Die Fullerene stellen eine weitere Modifikation des Kohlenstoffs dar

Elementarteilchen	Atome	Stoffportionen
	viele C 1 C viele C	Diamant Graphit

Eigenschaft	Graphit	Diamant	Erklärung
Härte	Graphit ist einer der weichsten Stoffe.	Diamant ist einer der härtesten Stoffe.	Die Kristallstrukturen und die Bindungen zwischen den Kohlenstoff-Atomen sind unterschiedlich.
Kristallstruktur	Synthetischer Graphit kommt nur in der hexagonalen alpha- Modifikation vor (wabenförmige ebene C-Schichten in ABAB- Reihenfolge). In natürlichen Graphitvorkommen kann bis zu 30% in der rhombischen beta-Modifikation vorliegen (wabenförmige ebene C-Schichten in ABCABC- Reihenfolge). Vergleich der beiden Modifikationen: siehe unten Die wabenförmigen Schichten sind nur sehr locker an einander gebunden. Innerhalb der Schichten ist die Bindung zwischen den C-Atomen stark.	Natürlicher und synthetischer Diamant kristallisiert im kubischen System (Würfel, Oktaeder, usw.) Zwischen allen C-Atomen ist eine sehr starke Bindung vorhanden.	ABAB-Graphitgitter: Diamantgitter:
Farbe	Es sind von Graphit nur schwarze Stoffproben bekannt.	Die Farbe von Diamanten variiert von farblos, transparent über verschiedene Farbtöne bis schwarz, undurchsichtig, je nach Verunreinigung.	Die Farbe wird auf die unterschiedliche Bindung zwischen den C-Atomen im Graphit (delokalisierte Bindung) bzw. im Diamanten (lokalisierte Bindung) zurückgeführt.
Schmelzpunkt	Graphit hat keinen Schmelzpunkt, sondern wird oberhalb 2500 °C plastisch verformbar.	Diamant schmilzt bei 3800 bis 4440°C (je nach Quelle) und einem Druck zwischen 127 bar und 130000 bar. Unter 127 bar wandelt er sich in Graphit um.	Bisher sind noch keine befriedigende Erklärungen vorhanden.
Dichte	Die Dichte variiert für amorphen Graphit von 1,8 bis 2,1 g/cm³, für kristallinen Graphit von 1,9 bis 2,3 g/cm³.	Die Dichte variiert von 3,150 bis 3,513 g/cm³.	Die Dichteschwankungen sind ungewöhnlich und bisher noch nicht befriedigend erklärt.
Wärme- leitfähigkeit	Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit ist etwa so schlecht wie Mangan.	Die Wärmeleitfähigkeit von Diamant ist sehr gut (etwa zwei- bis fünfmal größer als Silber und fünf- bis achtmal größer als Gold).	Es liegen völlig verschiedene Wärmeleitungsmechanismen vor, die kompliziert zu erklären sind.
Elektrische Leitfähigkeit	Polykristalline Graphit-Proben leiten den elektrischen Strom wie Metalle (etwa 8 x schlechter als Mangan - das am schlechtesten leitende Metall).	Synthetische Diamanten sind Halbleiter, natürliche Diamanten sind entweder sehr gute Isolatoren oder starke elektrische Halbleiter.	Die gute Leitfähigkeit von Graphit wird auf die Bindungsverhältnisse innerhalb der wabenförmigen Kohlenstoffebenen zurückgeführt. Die Leitfähigkeit der Diamanten ist noch nicht befriedigend verstanden.
Löslichkeit	Graphit löst sich besser als Diamant in Metallschmelzen (besonders Eisen, aber auch Kobalt, Nickel, Chrom und Platin).	Diamant löst sich schlechter als Graphit in Metallschmelzen (besonders Eisen, aber auch Kobalt, Nickel, Chrom und Platin).	Die Unterschiede in der Löslichkeit sind noch nicht befriedigend verstanden.

Vergleich der beiden Graphit-Modifikationen

Graphit ABABAB-Version	Graphit ABCABC-Version

Die einzelnen Sechsecke sind so gezeichnet, dass bei "0" die Spitzen, bei "1/4" die Ober- und Unterseite abgehen, bei "1/2" das Sechseck in genau zwei Teile geteilt ist, bei "3/4" die Ober- und Unterseiten aufhören und bei "1" wieder die Spitzen erreicht sind. Nun kann man bei ABABAB einfach die nächste Schicht um 1/4 verschieben und die nächste wieder genau über der ersten plazieren. Bei ABCABC wird die zweite Schicht um 1/4, die dritte Schicht um 1/2 verschoben und die vierte wieder genau über der ersten plaziert.

Datenquellen
CRC-Handbook of Chemistry and Physics, 99. Auflage, CRC-Press, 2018
J. Emsley: The Elements, 2. Auflage, Oxford: Clarendon-Press, 1991
Holleman/Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie, 102. Auflage, Berlin/New York: de Gruyter, 2007

In der vorstehenden Tabelle wurde von zwei Stoffen gesprochen. Diese Verwendung des Begriffs ‚Stoff‘ stimmt in diesem Fall nicht mit der üblichen Verwendung überein, nach der Eis, flüssigesWasser und Wasserdampf ein Stoff sein sollen, für den die Umwandlungspunkte von 0°C und 100°C (bei Normaldruck) charakteristisch sind. Nach dieser üblichen Sprechweise sind Graphit und Diamant ein Stoff; als charakterische Stoffeigenschaften für diesen einen Stoff können dann Tripelpunkte für C_Graphit/C_Diamant/C_gas bei 4492°C und 10,3 MPa, bzw. für C_Graphit/C_Diamant/C_fl bei 3830 bis 3930°C bei 12 bis 13 GPa gewählt werden.