Kohlenstoffatome bilden Graphit und Graphen, die beide Materialien auf Kohlenstoffbasis sind. Graphen ist nur eine Atomschicht aus Graphit – ein hexagonales oder wabenförmiges Gitter aus sp2-verknüpften Kohlenstoffatomen.
Graphit ist ein gängiges Material, das aus mehreren Graphenschichten besteht. Graphen und Graphit haben etwas unterschiedliche strukturelle Eigenschaften und Herstellungsverfahren.
Key Take Away
- Graphit ist ein natürlich vorkommendes Kohlenstoff-Allotrop mit kristalliner Struktur, das in verschiedenen Anwendungen wie Stiften und Schmiermitteln verwendet wird.
- Graphen ist eine einzelne Schicht aus Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind und für ihre außergewöhnliche Festigkeit und Leitfähigkeit bekannt sind.
- Graphit ist ein Massenmaterial mit Graphenschichten, während Graphen eine isolierte Einzelschicht mit überlegenen Eigenschaften ist.
Graphit gegen Graphen
Graphit ist ein weiches, flockiges Material, das zum Beispiel in Bleistiften und Schmiermitteln verwendet wird, zusätzlich zu seiner Eigenschaft als Kohlenstoff. Graphen, also eine einzelne Graphitschicht, ist ein hervorragender Wärme- und Stromleiter, und seine Eigenschaften machen es zu einem vielversprechenden Material für technologische Anwendungen.
Graphit ist ein natürlich vorkommendes Mineral, das aus vielen Schichten von einflächigen Kohlenstoffatomen besteht. Es kann natürlich in metamorphen Gesteinen gefunden werden.
Die Metamorphose führt zur Reduktion von Sedimentkohlenstoffverbindungen, was zur Bildung von Graphit führt. Die chemischen Bindungen in Graphit sind in Bezug auf die Festigkeit mit denen in Diamanten vergleichbar.
Graphen ist eine zweidimensionale Kohlenstoffsubstanz, die weit verbreitet ist. Das dünnste Material, das der Mensch kennt, ist Graphen. In einer Monoschicht aus Graphen sind Kohlenstoffatome in einem hexagonalen Wabengitter sicher verbunden.
Auf einer winzigen Skala weist Graphen eine enorme Zugfestigkeit auf. Da jedes Kohlenstoffatom ein freies Pi-Elektron hat, hat Graphen hervorragende elektrische Leitfähigkeitseigenschaften.
Vergleichstabelle
| Vergleichsparameter | Graphite | Graphene |
|---|---|---|
| Dicke | Es ist dicker, da es aus mehreren Kohlenstoffschichten besteht. | Einlagig und damit dünner. |
| Chemische Verbindung | Jedes Atom ist durch drei kovalente Bindungen gebunden und hat ein freies Elektron. | Jedes Atom ist durch drei Sigma-Bindungen und eine einzelne Pi-Bindung gebunden, die nach außen zur Ebene orientiert ist. |
| Struktur | Dreidimensional | Zweidimensional |
| Stärke | Spröde | Das stärkste Material aller Zeiten. |
| Optik | Erscheint eisenschwarz bis stahlgrau in der Farbe und hat Glanz. | Etwas durchsichtig. |
Was ist Graphite?
Graphit ist ein natürlich vorkommendes Element, das entsteht, wenn organisches Material in Kalksteinablagerungen Metamorphose erfährt.
Natürlicher Graphit ist ein Mineral, das in metamorphen und magmatischen Gesteinen gefunden werden kann und unter anderem in feuerfesten Materialien, Batterien, Stahlherstellung, expandiertem Graphit, Bremsbelägen, Gießereiverkleidungen und Schmiermitteln verwendet wird.
Edward G. Acheson produzierte versehentlich Graphit, während er Hochtemperatur-Carborundum-Studien durchführte. Er entdeckte, dass das Silizium im Karborund bei etwa 4,150 °C (7,500 °F) verdampft und den Kohlenstoff in graphitischer Form zurücklässt.
Die Kerne der Bleistifte bestehen aus Graphit, einem schwarzen, weichen Material mit Schichten, die übereinander gleiten können.
Der Graphit wird mit Ton und Wasser gemischt, um den Deckel des Bleistifts herzustellen. Je härter die Bleistiftspitze wird, desto mehr Ton wird hinzugefügt.
Pulvergraphit wird wegen seiner Weichheit zum Schmieren von schnell bewegten Ausrüstungsteilen verwendet. Die Schichtstruktur von Graphit besteht aus Ringen aus sechs Kohlenstoffatomen, die in horizontalen Schichten angeordnet sind, die weit voneinander entfernt sind.
Infolgedessen kristallisiert der Graphit im hexagonalen System, im Gegensatz zu Diamant, der im oktaedrischen oder kristallisiert tetraedrisch Systemen.
Graphit hat eine dunkelgraue bis schwarze Farbe, ist undurchsichtig und extrem weich. Das Wort Graphit kommt vom griechischen Verb graphene, was „schreiben“ bedeutet, da es eine fettige Textur hat und einen schwarzen Abdruck hinterlässt.
Was ist Graphen?
Eine einzelne Schicht aus sp2-gebundenen Kohlenstoffatomen in einem hexagonalen Gitter wird als einschichtiges Graphen bezeichnet. Graphen ist millionenfach dünner als Papier, und es ist so dünn, dass es nur zweidimensional ist.
Graphen ist sehr flexibel und transparent und hat außerdem signifikante elektrische Eigenschaften. Infolgedessen ist es ein guter Kandidat für tragbare Elektronik.
Graphen könnte Smartphones und Tablets viel robuster machen und es sogar ermöglichen, sie wie Papier zu falten. In einer Graphenfolie ist jedes Kohlenstoffatom in ähnlichen Winkeln fest mit drei anderen Atomen verbunden, was zu einer flachen, wabenartigen Struktur führt.
Diese starken Verbindungen verleihen der Struktur eine enorme Widerstandsfähigkeit, ähnlich wie bei Diamant, das ist ein dreidimensionaler Kohlenstoffkristall, in dem jedes Atom an vier Nachbarn gebunden ist.
Die sechseckige Form von Graphen dient als Grundlage für Fullerene, bei denen es sich um hohle Molekülstrukturen handelt, die aus 60 oder mehr Kohlenstoffmolekülen bestehen, ähnlich den schönen Kohlenstoffkugeln, die als „Buckyballs“ bekannt sind.
Das nanoskalige Netz dieser Strukturen ist so flexibel, dass sie zu Hohlzylindern gefaltet werden können, was sie zu geeigneten molekularen Behältern macht.
Jedes Atom in einer Graphenschicht stellt dem Molekül ein freies Elektron zur Verfügung, da das Element Kohlenstoff über vier zur Bindung zugängliche Elektronen verfügt.
Die negative Leerlaufladung des Materials trägt zu seinen außergewöhnlichen Leitfähigkeits- und Supraleitfähigkeiten bei und macht es ideal für anspruchsvolle Elektronik.
Hauptunterschiede zwischen Graphit und Graphen
- Die Graphitschicht hat eine größere Dicke als Graphen, das aus wabenartigen Schichten planarer Kohlenstoffatome besteht. Graphen ist die einzelne Schicht, die gebildet wird, wenn eine Graphitfolie in eine einzelne Schicht mit nur einer Dicke von einem Kohlenstoffatom zerrissen wird.
- Graphit enthält drei kovalente Bindungen um jedes Kohlenstoffatom und ein freies Elektron, während Graphen vier Bindungen hat, darunter drei Sigma-Bindungen um jedes Kohlenstoffatom und eine Pi-Bindung aus dem Flugzeug orientiert.
- Graphit hat eine dreidimensionale mikroskopische Struktur, die aus Schichten von Graphitmolekülen besteht, die wie Seiten gestapelt sind. Graphen ist eine zweidimensionale Substanz, die aus einer einzigen Schicht von Graphitmolekülen mit einer Dicke von weniger als einem Nanometer besteht.
- Graphit ist spröde, während Graphen die haltbarste Substanz ist, die jemals untersucht wurde.
- Graphit hat einen metallischen Glanz und einen eisenschwarzen bis stahlgrauen Farbton, während Graphen ziemlich transparent ist.
Referenz
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
Letzte Aktualisierung: 08. Juli 2023
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Piyush Yadav hat die letzten 25 Jahre als Physiker in der örtlichen Gemeinde gearbeitet. Er ist ein Physiker, der sich leidenschaftlich dafür einsetzt, die Wissenschaft für unsere Leser zugänglicher zu machen. Er hat einen BSc in Naturwissenschaften und ein Postgraduiertendiplom in Umweltwissenschaften. Sie können mehr über ihn auf seinem lesen Bio-Seite.
