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Wie Allotrope gebildet werden

Kohlenstoff und seine Allotrope. Susan Evans. Chemie 405. 30. April 2001. Kohlenstoff, Element sechs im Periodensystem und mit dem Symbol C, ist der Grundbaustein aller lebenden Organismen. Somit sind alle kohlenstoffhaltigen Verbindungen als organische Verbindungen bekannt. Mit Ausnahme von Wasserstoff kann Kohlenstoff mehr Verbindungen bilden als jedes andere Element.

Baumaterialien wie Holz und Kunststoffe, Wärme- und Energiequellen wie Erdgas und Kohle, Pestizide, Medikamente und viele Lebensmittel bestehen zu einem kleinen oder großen Teil aus Kohlenstoff. Der Kern von Kohlenstoff-13 ist magnetisch, wodurch Wissenschaftler Kohlenstoff-13-Kerne mithilfe der Kernspinresonanz identifizieren können. Diese Technik ermöglicht es ihnen, die Struktur von Molekülen zu untersuchen, die dieses Kohlenstoffisotop enthalten.

Kohlenstoff-14 ist mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren radioaktiv. Diese Eigenschaft von Kohlenstoff-14 eignet sich für eine Technik namens Kohlenstoffdatierung, mit der unter anderem das Alter von Fossilien bestimmt wird.

Während ein Organismus lebt, enthält er ein Verhältnis von einem Atom Kohlenstoff-14 pro 1012 Atome Kohlenstoff-12. Wenn ein Organismus stirbt, wird kein zusätzlicher Kohlenstoff-14 aufgenommen.

Kohlenstoff-14 nimmt mit der Zeit ab, so dass durch Messen des Kohlenstoff-12-Kohlenstoff-14-Verhältnisses das ungefähre Todesdatum bestimmt werden kann. Es wurden vier Allotrope von Kohlenstoff bestimmt. Allotrope haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Jedes Allotrop von Kohlenstoff wird in diesem Artikel diskutiert, mit besonderem Schwerpunkt auf Diamant und Graphit. Die Struktur und Bindung in Graphit eignet sich für die Eigenschaften, die es unter anderem zu einem guten Schmiermittel machen, das später besprochen wird.

Jede Schicht besteht aus Ringen mit sechs Kohlenstoffatomen. Jedes Atom hat drei Sigma-Bindungen und gehört zu drei benachbarten Ringen. Das vierte Elektron jedes Atoms wird Teil eines ausgedehnten pi-Bindungssystems. Figure 1. Die freie Bewegung von pi-Bindungen im gesamten Molekül ermöglicht es Graphit, Elektrizität zu leiten. Genau diese Eigenschaft macht Graphit zu einem guten Schmiermittel, allein oder gemischt mit Fett, Öl oder Wasser.

Die Schichten in Graphit können leicht entfernt werden. Um dies zu sehen, muss man nur mit einem Bleistift schreiben. Das Blei in einem Bleistift ist eigentlich kein Blei, sondern eine Graphit-Ton-Mischung. Graphit hat viele andere Verwendungszwecke als die zuvor genannten. Graphit wird auch in Hochtemperaturtiegeln, einigen Farben und als Moderator in Atomreaktoren verwendet. Aufgrund der vielfältigen Verwendung von Graphit wurde eine Methode zur Herstellung des Allotrops im Labor entwickelt. Graphit ist das stabilste Allotrop von Kohlenstoff.

Das andere am weitesten verbreitete Allotrop von Kohlenstoff, Diamant, reagiert kontinuierlich zu Graphit. Glücklicherweise ist der Prozess sehr langsam. Eine schnellere Methode zur Umwandlung von Graphit in Diamant wird von Diamantherstellern verwendet.

Hohe Temperaturen brechen die starken Bindungen in Graphit, so dass sich die Atome in ein Diamantgitter umlagern können. Die Struktur von Diamant unterscheidet sich stark von der von Graphit, was zu ihren vielen Unterschieden führt.

Die gemeinsamen Elektronenpaare werden in Sigma-Bindungen zwischen benachbarten Atomen festgehalten. Diamant ist eher inert und reagiert mit wenigen Chemikalien, was auf sein kompaktes Kristallgitter zurückzuführen ist. Diamant reagiert jedoch bei hohen Temperaturen mit Natriumcarbonat unter Bildung von Kohlenmonoxid.

Gefragte Diamanten sind farblos, aber einige seltene Diamanten können grün, blau oder rot sein. Diese Diamantbeschichtungen können die Lebensdauer von Präzisionswerkzeugen, Bohrern und Sägeblättern erheblich verlängern. Eine interessante physikalische Eigenschaft von Diamant ist sein Schmelzpunkt. Schwarzes Silber. Kristallsystem. Kristallgewohnheiten. Härte Mohs. Spezifisches Gewicht. Schwarzgrau bis bräunlichgrau.

Bester Feldindikator. Extreme Härte. Weichheit, Glanz, Dichte und Streifen. Die in dieser Tabelle enthaltenen Daten stammen von der folgenden Stelle: Es folgt ein Phasendiagramm für Kohlenstoff, das Graphit und Diamant zeigt.

Graphit und Diamant haben auch unterschiedliche thermodynamische Eigenschaften. Da Graphit die stabile Form von Kohlenstoff ist, hat es eine Bildungswärme von Null. Weitere thermodynamische Daten sind in der folgenden Tabelle dargestellt, die zum Vergleich Kohlenstoff in der Gasphase enthält. Mit anderen Worten, es ist viel geordneter als die Graphitstruktur. Kohlenstoff kommt in der Natur in fester Form vor, dies erklärt die weitgehend positiven Enthalpie- und Gibbs-Werte.

Zum Verdampfen von Kohlenstoff wird viel Energie benötigt. Gasförmiger Kohlenstoff. Je höher der Kohlenstoffgehalt in Kohle ist, desto mehr Energie wird bei der Verbrennung freigesetzt. Buckminster Fuller, der geodätische Kuppeln entwarf. Ein Strukturdiagramm von Buckminsterfulleren ist in Abbildung 1 dargestellt. Wenn eine in LaCl 3 -Lösung getränkte Graphitplatte Verdampfungs- / Kondensationsexperimenten unterzogen wird, entsteht eine Substanz mit der Formel LaC 60. Beispielsweise ist mit Kalium dotiertes C 60 ein Supraleiter unter 18 K. Encarta Online Deluxe Encyclopedia.

Verfügbares WWW: Atkins, Peter 1993. Die Elemente der Physikalischen Chemie 3. Aufl. New York: Freeman und Company. Physikalische Eigenschaften.

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