Diamant und Graphit

Diamant und Graphit sind beides kristalline Formen des Elements Kohlenstoff. Aufgrund dieser Tatsache würde man meinen, dass sie sich in vielerlei Hinsicht ähneln. Aber in Wirklichkeit sind sie sehr unterschiedlich. Dies hebt einige wichtige Fakten über Kristalle hervor.

Sowohl Diamant als auch Graphit haben eine sehr einfache chemische Zusammensetzung; sie sind beide reiner Kohlenstoff. Doch Diamant ist das härteste Mineral, das der Mensch kennt (10 auf der Mohs-Skala ), und Graphit ist einer der weichsten (weniger als 1 auf der Mohs-Skala). Infolgedessen ist Diamant das ultimative Schleifmittel, während Graphit ein hervorragendes Schmiermittel ist. Diamant ist ein elektrischer Isolator, während Graphit ein guter elektrischer Leiter ist. Diamant ist normalerweise transparent, aber Graphit ist undurchsichtig.

Diamant- und Graphitstruktur

Diamant ist offensichtlich viel wertvoller als Graphit. Graphit ist so günstig, dass es zur Herstellung von Bleistiftminen verwendet wird. Dennoch ist Graphit in vielerlei Hinsicht ein ebenso interessantes Material wie Diamant. Graphit ist die hochfeste Komponente von Verbundwerkstoffen, die zum Bau von Autos, Flugzeugen, Hightech-Schäften für Golfschläger und Tennisschlägern verwendet werden.

Aber warum ist Diamant so hart und Graphit so weich? Und wenn Graphit so weich ist, wie kann es dann als Hightech-Material für Golfschlägerschäfte und Flugzeuge verwendet werden?

Die Antwort liegt in den unterschiedlichen atomaren Strukturen von Diamant und Graphit. Graphit bildet sich in Schichten oder Schichten, wo die Kohlenstoffatome starke Bindungen auf der gleichen Ebene oder Schicht haben, aber nur schwache Bindungen zu der Schicht darüber oder darunter. Die Kohlenstoffatome in Diamant hingegen haben starke Bindungen in drei Dimensionen. In Diamant sind die Atome sehr dicht gepackt und jedes Atom ist mit vier anderen Kohlenstoffatomen verbunden, was ihm eine sehr starke und starre Struktur in drei Dimensionen verleiht.

Bei Graphit sind nur die Bindungen zwischen den Graphitschichten schwach. Das heißt, wenn die Schichten oder Blätter zu Fasern aufgerollt und diese Fasern zu Fäden verdrillt werden, wird die wahre Stärke der Bindungen sichtbar. Die Fäden werden in Form gegossen und durch ein Bindemittel wie Epoxidharz an Ort und Stelle gehalten. Die resultierenden Verbundwerkstoffe haben einige der höchsten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse aller Materialien.

Die Unterschiede zwischen Diamant und Graphit unterstreichen die Bedeutung der Kristallstruktur für die Eigenschaften eines Edelsteins. Beispielsweise haben alle Edelsteine, die einen kubischen Kristallhabitus haben, bei dem die Kristallstruktur vollständig symmetrisch ist, eine wichtige Eigenschaft gemeinsam. Kubische Körper brechen Licht in alle Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit. Also, obwohl Diamant, Granat und Spinell haben ganz unterschiedliche chemische Zusammensetzungen, sie sind alle einfach refraktiv wegen ihrer ähnlichen Kristallstruktur. Andere weniger symmetrische Kristallgruppen sind doppelt brechend , einschließlich orthorhombisch, monoklin und triklin, die alle spezifische innere Symmetrien und Achsen haben, die bestimmen, wie sich Licht biegt, wenn es in den Kristall eintritt.