Petra OberpaulÜbungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Fußball ist unser Leben

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Gliederung1. Einleitung

2. Der Kohlenstoff

3. Die Elementmodifikationen

3.1. Der Graphit

3.2. Der Diamant

3.3. Das Fulleren

4. Diamantsynthese

4.1. Syntheseverfahren 1

4.2. Syntheseverfahren 2

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Stellung im PSE

Schale

I/1Alkali-metalle

II/2Erdalkali-metalle

III/13Borgruppe

IV/14Kohlenstoff-gruppe

V/15Stickstoff-gruppe

VI/16Sauerstoff-gruppe

VII/17Halogene

VIII/18Edelgase

1K H He2L Li Be B C N O F Ne3M Na Mg Al Si P S Cl Ar4N K Ca Ga Ge As Se Br Kr5O Rb Sr In Sn Sb Te I Xe6P Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn7Q Fr Ra

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Elementmodifikationen

Kohlenstoff

DiamantGraphit

Fullerene 1985 entdeckt

PolyederHexagonal KubischMohs´sche Härte 1 Mohs´sche Härte 10Dichte: 2,3 g/cm3 Dichte: 3,5 g/cm3

Halbleiter Isolator-und -Form p- und n-Typ

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Graphitkristallgitter

V. d. Waals-Anziehung

Kondensierte Sechsringesp2 -hybridisiert

-Orbitale der Schichten in Wechselwirkung

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Aufsicht auf das Graphitgitter

1.42 Å

Obere (—) und Untere Schicht (---) des Graphitgitters

3.35 Å (Abstand A/B)

C-C Abstand:1,54ÅC=C Abstand:1,33Å

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Alpha- und beta-Graphit

A

AA

0 1¼½¾ 0 1½¼ ¾

B

B

A

C

Alpha-Graphit ABAB Beta-Graphit ABCABC

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Graphit

Hohe Lichtabsorption durchfreie -Orbitale Hitzebeständiges

SchmiermittelAnisotrope Leitfähigkeit

Bleistiftminen

Auskleidung von Öfen

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Von Graphit zu Diamant

Graphitschicht mit v. d.Waals-Wechselwirkung

Parallel-verschiebung

Überlappung der -Orbitale

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Diamantkristallgitter

A

B

C

C-C Abstand 1,54 Å

C-C Abstand:1,54ÅC=C Abstand:1,33Å

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Diamanttypen

Diamant(Isolator)

0,1 % Bor Stickstoffatome

Halbleiterp-Typ

Halbleiter n-Typ

Elektronenleitung überDefektstellen mit Elektronen-unterschuss

Elektronenleitung über Defektstellen mitElektronenüberschuss

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Diamanten

Cullinan

Hope

Stancy Leipzig

Florentiner

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Umwandlung der Modifikationen 1

1. Diamant → Graphit

- spontane Umwandlung ?

- Hoher Energieaufwand um Bindungen zu brechen

DiamantLuftausschluss

1700°CGraphit + Wärme

Diamant Luft800°C

CO2 + 396 kJ

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Zustandsdiagramm von C

Temperatur [°C]

x10 3Druck1000 3000 5000

100

200

300

400

500

Flüssiger Kohlenstoff

Graphit

Diamant

Phase III

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Umwandlung der Modifikationen 2

2. Graphit →Diamant

- hohe Drücke um Graphitgitter in Diamantgitter zu „pressen“ (200.000 atm bei 3000°C)

- Katalysatoren der Übergangsmetalle (Cr, Mn, Metalle der VIII. Hauptgruppe)

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Fullerene

- 1985 von Kroto, Smalley und Curl entdeckt

- Euler´sche Regel

- Isolated Pentagon Rule (IPR)

- spm hybridisiert (m = 2;3)- Wasser und Sauerstoff unter- drücken die Bildung

- einzige Kohlenstoffmodifikation die löslich ist

- Neueste Forschungsergebnisse

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Vereinfachte Entstehung

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Einteilung der Fullerene

1. Fullerite

2. C70, C76, C84

3. Fulleride

4. Endo- und exohedrale Fullerene

5. Heterofullerene

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Diamantsynthese 1a

- Keimbildungstheorie nach Vollmer

- äußere Bedingungen

„Belt“ der General Electric Co. Aus dem Jahre 1954

- Ostwaldsche Stufenregel

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Diamantsynthese 1b

Kolben

Reaktionsraum

Zylinder

Pyrophyllit

Stahlringe

Wolframcarbid

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Reaktionsraum

Stahlringe

Wolframcarbid

Pyrophyllit

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Diamantsynthese 2

- Hochdrucksyntheseverfahren erfordern einen großen finanziellen und apparativen Aufwand

- Versuch Diamanten im metastabilen Bereich wachsen zu lassen

- Graphitquelle mit nur geringem Überschuss an C- Entfernung des gleichzeitig entstehenden Schwarzen Kohlenstoffs durch Wasserstoff