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Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Gliederung 1. 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 Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Stellung im PSE Schale I/1 Alkali-metalle II/2 Erdalkali-metalle III/13 Borgruppe IV/14 Kohlenstoff-gruppe V/15 Stickstoff-gruppe VI/16 Sauerstoff-gruppe VII/17 Halogene VIII/18 Edelgase 1 K H He 2 L Li Be B C N O F Ne 3 M Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 Ca Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn 7 Q Fr Ra Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Elementmodifikationen Kohlenstoff Graphit Diamant Fullerene Hexagonal Kubisch 1985 entdeckt Polyeder Mohs´sche Härte 1 Mohs´sche Härte 10 Dichte: 2,3 g/cm3 Dichte: 3,5 g/cm3 Halbleiter Isolator a-und b-Form p- und n-Typ Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Graphitkristallgitter V. d. Waals- Anziehung Kondensierte Sechsringe sp2 -hybridisiert p-Orbitale der Schichten in Wechselwirkung Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Aufsicht auf das Graphitgitter 3.35 Å (Abstand A/B) 1.42 Å C-C Abstand:1,54Å C=C Abstand:1,33Å Obere (—) und Untere Schicht (---) des Graphitgitters Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Alpha- und beta-Graphit 1 ¼ ½ ¾ A B C A A Alpha-Graphit ABAB Beta-Graphit ABCABC Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Graphit Hohe Lichtabsorption durch freie P-Orbitale Bleistiftminen Hitzebeständiges Schmiermittel Anisotrope Leitfähigkeit Auskleidung von Öfen Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Von Graphit zu Diamant Graphitschicht mit v. d. Waals-Wechselwirkung Parallel- verschiebung Überlappung der P-Orbitale Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Diamantkristallgitter B C C-C Abstand 1,54 Å C-C Abstand:1,54Å C=C Abstand:1,33Å Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Diamanttypen Diamant (Isolator) 0,1 % Bor Stickstoffatome Halbleiter p-Typ Halbleiter n-Typ Elektronenleitung über Defektstellen mit Elektronen- unterschuss Elektronenleitung über Defektstellen mit Elektronenüberschuss Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Diamanten Hope Florentiner Cullinan Leipzig Stancy Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Umwandlung der Modifikationen 1 1. Diamant → Graphit - spontane Umwandlung ? Hoher Energieaufwand um Bindungen zu brechen Diamant Luftausschluss 1700°C Graphit + Wärme Diamant Luft 800°C CO2 + 396 kJ Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Zustandsdiagramm von C Temperatur [°C] x10 3 Druck 1000 3000 5000 100 200 300 400 500 Flüssiger Kohlenstoff Graphit Diamant Phase III Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

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) Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC 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 Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Vereinfachte Entstehung Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Einteilung der Fullerene 1. Fullerite 2. C70, C76, C84 3. Fulleride 4. Endo- und exohedrale Fullerene 5. Heterofullerene Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Diamantsynthese 1a „Belt“ der General Electric Co. Aus dem Jahre 1954 - Ostwaldsche Stufenregel - Keimbildungstheorie nach Vollmer - äußere Bedingungen Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Diamantsynthese 1b Reaktionsraum Kolben Zylinder Wolframcarbid Pyrophyllit Stahlringe Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Stahlringe Reaktionsraum Pyrophyllit Wolframcarbid Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC

Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC 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 Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC