Graphitstruktur, Eigenschaften: 31 Komplette schnelle Fakten

In diesem Artikel „Graphitstruktur“ werden im Folgenden verschiedene Eigenschaften wie strukturelle Eigenschaften, Eigenschaften und Verwendungen mit einigen relevanten Themen erörtert.

Graphit ist auch als Plumbago oder Bleischwarz bekannt und ist ein Mineral, das aus Kohlenstoff besteht. Es hat eine zweidimensionale Schichtstruktur mit Ringen aus sechs Kohlenstoffatomen. Graphit kristallisiert in hexagonalen Systemen. Es ist relativ weich und hat eine schwarzgraue Farbe.

Konzentrieren wir uns auf die folgenden Themen im Zusammenhang mit der Struktur von Graphit.

Was ist die Struktur von Graphit?

Graphit ist im Grunde eines der stabilsten Allotrope des Kohlenstoffs. Es ist ein guter Strom- und Wärmeleiter mit einer Dichte von 2.09-2.23 g/cm³ mit einer großen kovalenten Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom mit drei benachbarten Kohlenstoffatomen verbunden ist.

In Graphit ist jedes der Kohlenstoffatome sp²hybridisiert, das eine schichtartige Struktur mit der Anordnung einer hexagonalen Anordnung von Kohlenstoffatomen bildet. Diese Schichten sind schwach miteinander verbunden. Aufgrund der schwachen Kraft zwischen den Schichten rutschen sie sehr leicht über.

Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen und ein Kohlenstoffatom ist mit drei weiteren Kohlenstoffatomen verbunden, daher bleibt ein Valenzelektron übrig und dieses Valenzelektron ist in der Struktur delokalisiert.

Wie zeichnet man eine Graphit-Lewis-Struktur?

Zu kenne die lewis Struktur eines Moleküls, sollten zunächst die konstituierenden Atome dieses Moleküls bestimmt werden. Die eigentliche Lewis-Struktur von Graphit ist aufgrund der Schichtstruktur sehr komplex.

Graphit wird nur mit Kohlenstoffatomen hergestellt, bei denen ein Kohlenstoffatom mit anderen drei Kohlenstoffatomen verbunden ist. Somit bleibt eines der vier Valenzelektronen als nichtbindendes Elektronenpaar übrig. Insgesamt 3 * 2 = 6 Elektronen sind von jedem der Kohlenstoffatome an der Bindung von Elektronenpaaren beteiligt.

Formale Ladung der Graphit-Lewis-Struktur

  Zu kennen die formale Ladung eines beliebigen Moleküls, Bestimmung der Struktur ist sehr zwingend. Aber die Struktur von Graphit ist sehr komplex, da es eine Schichtstruktur hat. So vereinfacht sich die Bestimmung von Lewis-Struktur Wir haben nur ein Fragment aus Graphit ausgewählt, das drei Kohlenstoffatome enthält.

• Formelle Ladung = Gesamtzahl der Valenzelektronen – Anzahl der Elektronen, die ungebunden bleiben – (Anzahl der an der Bindungsbildung beteiligten Elektronen/2)
• Formale Ladung des zentralen Kohlenstoffatoms = 4 – 1 – (4/2) = 1

Somit verbleibt ein Elektron als nichtbindendes Elektron und wird über die Struktur delokalisiert.

Graphit-Lewis-Strukturwinkel

Der Winkel gibt im Wesentlichen den Winkel zwischen zwei Bindungen an, die durch das Zentralatom verbunden sind. Der Bindungswinkel hängt von der Hybridisierung des Zentralatoms jedes Moleküls mehr als von den Abstoßungsfaktoren ab, die in diesem bestimmten Molekül vorhanden sind.

Diese Abstoßungsfaktoren sind –

• Einsames Paar-einsames Paar Abstoßung
• Einsames Paar – Bindungspaar-Abstoßung
• Bindungspaar-Bindungspaar-Abstoßung.

Die Hybridisierung ist der Hauptfaktor zur Bestimmung des Bindungswinkels.

In Graphit sind ein s- und zwei p-Orbitale an sp beteiligt²Hybridisierung. Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass der Bindungswinkel 120 beträgt⁰ und die Bindungslängen sind 1.421 A⁰.

Oktettregel der Graphit-Lewis-Struktur

Die Oktettregel ist eine der wichtigsten Regeln in der anorganischen Chemie, in der es heißt, dass jedes Atom eine solche Elektronenkonfiguration haben sollte, die der Elektronenkonfiguration des nächsten Edelgases im Periodensystem ähnelt.

Einerseits gehorcht Graphit nicht der Oktettregel. Daher sollte es nicht stabil sein. Aber experimentell wird gezeigt, dass die Stabilität von Graphit sehr hoch ist. Weil das zusätzliche oder nicht gebundene Elektron in der Graphitstruktur über alle Kohlenstoffatome delokalisiert ist.

Daher ist Graphit stabil, obwohl es die Oktettregel nicht erfüllt.

Wir stellen das delokalisierte Elektron grundsätzlich als Doppelbindung dar und schreiben die Struktur mit alternativer Doppelbindung. Aber wenn sich diese Doppelbindung dreht, werden alle Bindungslängen gleich.

Einsame Paare der Graphit-Lewis-Struktur

Graphit hat kein einsames Elektronenpaar. Einzelpaare sind jene Art von Valenzelektronen, die an keiner Bindungsbildung beteiligt sind.

Kohlenstoff hat in seiner äußersten Schale insgesamt vier Elektronen. Unter den vier Elektronen sind drei Elektronen an der Drei-Sigma-Bindungsbildung beteiligt. Das verbleibende Elektron kann nicht als einsames Paar oder nicht gebundenes Elektron gezählt werden, da dieses Elektron eine Pi-Bindung mit dem anderen Kohlenstoffatom bildet. Diese Pi-Bindung oder das linke Elektron ist über die gesamte Struktur delokalisiert und hilft Graphit, Wärme und Strom zu leiten.

Graphitlöslichkeit

Graphit ist eine der besten Kohlenstoffquellen, aber in den meisten organischen und anorganischen Lösungsmitteln unlöslich. Wenn wir Graphit längere Zeit beschallen, kann es in einigen organischen Lösungsmitteln mit der richtigen Menge an Additiven löslich und dispergiert sein.

Aber dieser Prozess (Langzeitbeschallung) erzeugt Defekte und Risse in der Graphitstruktur. Außerdem ist Graphit in festem Zustand in den meisten polaren oder unpolaren Lösungsmitteln nicht löslich. Aber es kann in geschmolzenem Nickel und Chlorschwefelsäure löslich sein. Fester Graphit kann durch einen Emulgator in Öl oder Wasser suspendiert werden.

Ist Graphit ein starker Elektrolyt?

Starke Elektrolyte können als solche Substanzen definiert werden, die nach dem Auflösen in Wasser in ihre konstituierenden Ionen dissoziiert werden können.

Graphit kann aufgrund seiner Struktur nicht in Wasser gelöst werden. Daher kann es kein Elektrolyt sein, da es nicht in Ionen zerlegt werden kann. Aber es kann aufgrund der einzelnen Elektronen, die über die gesamte Graphitstruktur delokalisiert sind, Strom leiten.

Ist Graphit sauer oder basisch?

Wenn der Graphit mit starken Oxidationsmitteln und Säuren behandelt wird, kann als Produkt Graphitoxid erhalten werden, das früher als Graphitoxid oder Graphitsäure bekannt war.

In der Struktur von Graphitoxid liegt das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2.1 und 2.9. In dieser Verbindung bleibt die Schichtstruktur von Graphit erhalten, jedoch mit einem viel größeren und unregelmäßigen Abstand. Es zeigt die saure Eigenschaft.

Ist Graphit polar oder unpolar?

Die Polarität jeder Molekülstruktur hängt von den folgenden zwei Faktoren ab:

1. Elektronegativitätsunterschied zwischen den Atomen
2. Ausrichtung der Bindungen.

Graphit besteht nur aus Kohlenstoffatomen. Somit ist die Elektronegativität aller konstituierenden Atome gleich und es wird kein Elektronegativitätsunterschied in der Graphitstruktur beobachtet.

Aus diesem Grund zeigt Graphit kein Dipolmoment. Es ist also ein unpolares Molekül.

Ist Graphit magnetisch?

Graphit ist keine magnetische Komponente. Magnetische Komponenten können in die folgenden Abschnitte eingeteilt werden:

• Paramagnetische
• Diamagnetisch
• Ferromagnetisch
• Ferrimagnetisch

Jedes Kohlenstoffatom hat sechs Elektronen (1s²2s²2p²). Drei dieser sechs Elektronen weisen eine Spinrichtung nach oben und weitere sechs Elektronen eine Spinrichtung nach unten auf, die durch die Spinrichtung nach oben aufgehoben werden. Dadurch zeigt es keinen Magnetismus und wird vom äußeren Magnetfeld abgestoßen. 

Aber wenn Graphen verdreht oder gestapelt wird, kann eine seltene Form von Magnetismus entwickelt werden.

Ist Graphit metallisch oder nichtmetallisch?

Graphit ist einer der Allotrope von Kohlenstoff. Es ist also ein nichtmetallischer Stoff. Es hat eine kovalent gebundene Schichtstruktur.

Aber eine der wichtigsten Eigenschaften von Metall ist, Strom und Wärme zu leiten. Graphit kann aufgrund des delokalisierten Elektrons auch Wärme und Strom leiten. Der Hauptunterschied zu Metall besteht darin, dass auch in Metallen freie Elektronen vorhanden sind und sie über die gesamte Struktur delokalisiert sind. Aber die freien Elektronen von einer Schicht werden über die eine Schicht der Graphitstruktur delokalisiert, nicht in die andere Schicht.

Ist Graphit spröde?

Graphit ist aufgrund seiner Struktur von Natur aus eine sehr spröde Verbindung.

In Graphit ist ein Kohlenstoffatom mit drei weiteren Kohlenstoffatomen durch drei kovalente Bindungen in einem zweidimensionalen „Schichtgitter“ verbunden. Einzelne Schichten sind aufgrund des Vorhandenseins von drei starken kovalenten Bindungen stark, aber die Schichten in Graphit können durch Anwenden der geringsten Störung getrennt werden, da die Schichten durch die schwache Van-der-Waals-Kraft miteinander verbunden sind.

Graphit ist also eine weiche und spröde Substanz.

Ist Graphit kristallin oder amorph?

Graphit ist ein kristallines Allotrop aus Kohlenstoff wie Diamant.

Kristalline Verbindungen sind solche, in denen viele Atome (mehr als 1000 Atome) in einem sich wiederholenden Muster gebunden sind. Auch bei Graphit folgt man einem bestimmten Strukturmuster. Eine Schicht liegt über einer anderen Schicht und ist mit einer guten Van-der-Waals-Kraft befestigt. In einem Graphitfragment ist ein Kohlenstoff mit seinen benachbarten drei Kohlenstoffatomen durch drei starke kovalente Bindungen verbunden.

Ist Graphit leichter als Stahl?

Graphitwellen sind viel leichter als Stahl und auch teurer. Wellen aus Stahl sind schwerer als Graphit.

Einer der Hauptgründe für das Gewicht von Stahl ist, dass es sich um eine Legierung aus Kohlenstoff und Eisen handelt. Somit ist im Stahl eine Metallsubstanz vorhanden. Aber Graphit ist nur das Allotrop des Kohlenstoffs. Somit ist es aufgrund des Fehlens jeglicher metallischer Substanz leichter als Stahl.

Ist Graphit radioaktiv?

Normalgraphit ist sehr viel weniger radioaktiv. Denn für ein Gramm Kohlenstoff gibt es ein Pikogramm (10^-12) Kohlenstoffmenge ist radioaktiv (Kohlenstoff-14). Dies ¹⁴C ist radioaktiv, weil es Betastrahlen aussendet ¹⁴N.

Graphit verwendet

Graphit hat verschiedene Anwendungen in der Industrie wie-

• Schreibmaterialien – Bleistifte bestehen aus Graphit.
• Als Schmiermittel
• Feuerfest
• Kernreaktoren
• Batterien
• Graphenblätter
• Gießerei-Facings
• Bremsbeläge

Graphit enthält eine Schichtstruktur und ist eines der stabilsten Allotrope von Kohlenstoff. Dieser nichtmetallische Stoff kann aufgrund seiner freien delokalisierten Elektronen Strom leiten. Es ist eine weiche und spröde Verbindung mit vielen Anwendungen in der Industrie.

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Aditi Roy

Hallo,
Ich bin Aditi Ray, ein Chemie-KMU auf dieser Plattform. Ich habe meinen Abschluss in Chemie an der Universität von Kalkutta gemacht und einen weiteren Abschluss an der Techno India University mit Spezialisierung auf Anorganische Chemie. Ich freue mich sehr, Teil der Lambdageeks-Familie zu sein und möchte das Thema auf einfache Weise erklären.
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