Leitet Graphit Elektrizität?

Zuletzt aktualisiert am 6. Februar 2023 von Lars Weidmann

Graphit ist eine kohlenstoffkristalline Form, die in der Erdkruste vorkommt. Es ist ein natürlich vorkommendes Mineral, das in metamorphen und magmatischen Gesteinen vorkommt. Diamant und Graphit sind beides Minerale aus Kohlenstoff mit derselben Zusammensetzung, aber unterschiedlicher chemischer Struktur.

Graphit hat sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften, was es zu einem interessanten Element macht. Viele Schülerinnen und Schüler fragen sich vielleicht, ob Graphit Elektrizität leitet oder nicht. In diesem Artikel werde ich diese Frage beantworten und auch die umliegenden Themen behandeln.

Leitet Graphit also Elektrizität? Ja, Graphit ist aufgrund der delokalisierten Elektronen ein sehr guter Leiter für Elektrizität. Graphit bildet Schichten aus einer hexagonalen Anordnung von Atomen, und jedes Kohlenstoffatom geht eine kovalente Bindung mit drei anderen Kohlenstoffatomen ein, so dass jedes Kohlenstoffatom ein nicht gebundenes Elektron hat, das delokalisiert und für die Leitung von Elektrizität verantwortlich ist.

Graphit besitzt sowohl die Eigenschaften eines Metalls als auch die eines Nichtmetalls, was es zu einem einzigartigen Element macht. Es ist ein Mineral aus Kohlenstoff, das unter hohem Druck und hoher Temperatur in der Erdkruste entsteht. Der Druck, unter dem dieser Prozess abläuft, liegt bei bis zu 75.000 Pfund pro Quadratzoll.

Der wichtigste Faktor, der für die elektrische Leitfähigkeit eines Elements verantwortlich ist, ist das Vorhandensein von beweglichen Elektronen, die sich durch das Element bewegen, um den elektrischen Strom zu leiten. Die Elemente, die delokalisierte Elektronen haben, können Elektrizität leiten, und die Art des Leiters hängt von der Leichtigkeit ab, mit der die Elektronen fließen. Ein Element, das einen geringen Widerstand für den Elektronenfluss aufweist, ist ein guter Leiter, während Elemente, die einen größeren Widerstand aufweisen, als schlechte Leiter eingestuft werden. Normalerweise sind die Elemente

Und die Elemente, die keine delokalisierten Elektronen haben, die sich bewegen können, werden als Isolatoren eingestuft, weil keine Elektronen vorhanden sind, durch die Strom fließen könnte. Beispiele für solche Elemente sind Plastik, Holz, etc.

Warum leitet Graphit Elektrizität?

In Graphit kann sich ein delokalisiertes Elektron eines Kohlenstoffatoms frei bewegen. Wenn man eine Potentialdifferenz an Graphit anlegt, fließt elektrischer Strom durch ihn.

Der Widerstand spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Art des Leiters. Der berechnete Widerstand von reinem Graphit liegt bei 1,38 * 10^-5 µΩ/m. Die µΩ/m werden als Ohm pro Meter bezeichnet.

Graphit wird auch als vorherrschendes Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien verwendet, da es Lithium-Ionen einlagern kann, ohne dass es zu nennenswerten Quellschäden kommt.Der Widerstand ist das Maß für die Behinderung des Elektronenflusses, der den Strom leitet.

Der Widerstand wird in der Regel durch die Wärme erzeugt, die entsteht, wenn die Kerne miteinander kollidieren, wenn sich die Elektronen schnell über das Element bewegen, wenn eine Spannung an das Element angelegt wird.

Warum leitet Diamant keinen Strom?

Diamant ist ein schlechter elektrischer Leiter, da er keine delokalisierten Elektronen wie Graphit besitzt.

Graphit und Diamant sind jedoch beides Allotrope des Kohlenstoffs, die die gleiche Zusammensetzung, aber unterschiedliche Strukturen aufweisen.

Freie Elektronen sind Träger des elektrischen Stroms. Es ist nicht möglich, dass ein Element ohne freie Ionen oder Elektronen eine elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Wenn wir über die Gitterstruktur von Diamant sprechen, bilden die Kohlenstoffatome ein dreidimensionales Netzwerk, das zu einer tetraedrischen Struktur führt. Jedes Kohlenstoffatom bildet eine kovalente Bindung mit vier anderen benachbarten Kohlenstoffatomen.

Daher nehmen alle vier freien Elektronen an der kovalenten Bindung teil und lassen keine freien Elektronen zurück.
In Graphit hingegen ist jedes Kohlenstoffatom an drei Kohlenstoffatome gebunden und hinterlässt ein freies Elektron, um Elektrizität zu leiten.

Graphit ist ein guter Leiter, während Diamant ein Isolator ist. Der Unterschied in der geometrischen Struktur von Graphit und Diamant führt zu einem großen Unterschied in der elektrischen Leitfähigkeit der beiden Elemente.

Daher leitet Diamant keinen Strom, hat aber eine starke C-C-Kovalenzbindung, die ihn zu einer harten Substanz macht.

Aufgrund dieser starken Bindung liegt der Schmelzpunkt von Diamant ziemlich hoch bei 4000 Grad Celsius.

Die geometrische Struktur von Graphit

Wenn wir über die Struktur von Graphit sprechen, sind die Kohlenstoffatome in einer hexagonalen Anordnung miteinander verbunden.

Jedes Kohlenstoffatom ist mit seinen drei Nachbaratomen verbunden. Diese Reihen setzen sich in ähnlicher Weise fort und bilden eine planare hexagonale Struktur.

Dabei bilden die drei Valenzelektronen des Kohlenstoffs jeweils eine kovalente Bindung mit den drei benachbarten Kohlenstoffatomen.

Die hexagonalen Ringe mit den verbundenen Kohlenstoffatomen haben eine Bindungslänge von etwa 1,42Ao
Wie wir wissen, hat Kohlenstoff vier Valenzelektronen, und ein verbleibendes Elektron des Kohlenstoffs ist delokalisiert und bewegt sich frei durch das Gitter, um Elektrizität zu leiten.

Graphit besteht aus mehreren Schichten hexagonaler planarer Kohlenstoffatome, die an ihm befestigt sind. Und diese Schichten sind lose miteinander verbunden.

Diese Schichten können auch übereinander gleiten, wodurch Graphit glitschig wird.

Diese Schichten sind durch schwache van-der-Waals-Kräfte miteinander verbunden. Der Abstand zwischen diesen Schichten beträgt etwa 3,35 Ao.

Die Kristallklasse von Graphit ist als dihexagonal dipyramidal klassifiziert.

Physikalische Eigenschaften von Graphit

• Graphit hat einen ziemlich hohen Schmelzpunkt von etwa 3600°C.
• Die Dichte dieses Elements beträgt etwa 2,2 g/cm3.
• Es hat eine undurchsichtige Oberfläche und glänzt metallisch.
• Graphit ist aufgrund seines grauschwarzen Aussehens und seiner Weichheit ein glitschiges Element.
• Graphit ist aufgrund des Vorhandenseins des delokalisierten Elektrons ein sehr guter elektrischer Leiter.
• Der Siedepunkt von Graphit wird mit 3825 Grad Celsius angegeben.
• Graphit ist aufgrund der starken Bindung innerhalb des Graphitelements unlöslich in Wasser oder anderen Lösungsmitteln, jedoch löslich in warmer Chlorschwefelsäure und geschmolzenem Nickel.
• Die Dichte von Graphit ist geringer als die von Diamant, da zwischen den einzelnen Schichten mehr Raum vorhanden ist.

Chemische Eigenschaften von Graphit

• Die Hybridisierung von Graphit ist sp2 (s-Orbital kombiniert mit p-Orbitalen).
• Der Bindungswinkel zwischen den Kohlenstoffatomen beträgt 120 Grad.
• Die molekulare Geometrie der Graphitmoleküle ist ein trigonaler Planar.
• Die spezifische Schwere dieses Elements liegt bei ca. 2,1 bis 2,3.
• Die Kristallstruktur von Graphit ist hexagonal.
• Es ist chemisch als ein angeborenes Element definiert.

Verwendungen von Graphit

• Graphit wird seit dem 16. Jahrhundert in der Herstellung von Bleistiftminen verwendet.
• Es wird in den Elektroindustrien wie bei der Herstellung von Batterien eingesetzt.
• Es wird auch weit verbreitet als Schmierstoff in industriellen Prozessen verwendet.
• Es wird auch in der Stahlherstellung eingesetzt, wo es als Schmierstoff für Stahldornen dient.
• In der Automobilindustrie wird es in Bremsbelägen und Bremsklötzen verwendet.

Schlussfolgerung

Graphit ist ein guter elektrischer Leiter, weil er delokalisierte Elektronen enthält, die Träger des elektrischen Stroms sind. In Graphit ist das Kohlenstoffatom mit drei benachbarten Kohlenstoffatomen verbunden, wodurch ein Elektron frei bleibt, das für die Stromleitung verantwortlich ist.

Diamant und Graphit sind Allotrope des Kohlenstoffs, unterscheiden sich aber in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit, da Diamant keine delokalisierten Elektronen enthält, die für die Leitung von Elektrizität verantwortlich sind.