Graphit

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Graphite

Graphit

(diamagnetisch)

Graphit
Chemismus	C
Kristallsystem	hexagonal (hcp)
Kristallklasse	6/mmm
Farbe	Schwarz
Strichfarbe	Grauschwarz
Mohshärte	1
Dichte	2,1-2,3
Glanz	metallisch, matt
Opazität	undurchsichtig
Bruch	uneben, biegsam
Spaltbarkeit	sehr vollkommen
Kristallhabitus	tafelig, schuppig, stegelig, körnig
häufige Kristallflächen	{001}
Zwillingsbildung	___
Kristalloptik
Brechungsindices	n=1,93-2,07 (rot)
Doppelbrechung	opak (keine)
Pleochroismus	___
optische Orientierung	___
Winkel/Dispersion der optischen Achsen	___
weitere Eigenschaften
chemisches Verhalten	in HF nicht löslich
ähnliche Minerale	Molybdänglanz
Radioaktivität	nicht radioaktiv
Magnetismus	nicht magnetisch
besondere Kennzeichen	hohe Anisotropie (z.B. Härte, Leitfähigkeit)

Graphit bzw. Grafit ist neben Diamant und Fulleren eine Modifikation des Kohlenstoffs und ein (allerdings selten) natürlich vorkommendes Mineral. Es kristallisiert meist im hexagonalen, sehr selten auch im rhomboedrischen Kristallsystem, ist mit einer Moshärte von 1 bis 2 sehr weich und hat eine schwarze Farbe, sowie eine grauschwarze Strichfarbe. Graphit sublimiert bei einer Temperatur von 3825 Grad Celsius.

Struktur

Graphit kristallisiert in parallel verlaufenden Schichten, den Basalebenen. Innerhalb dieser Ebenen beträgt die Bindungsenergie zwischen den Kohlenstoff-Atomen 4,3 Elektronenvolt, zwischen ihnen dagegen lediglich 0,07 Elektronenvolt. Aus dieser extremen Richtungsabhängigkeit der Bindungskräfte resultiert eine deutliche Anisotropie der mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften des Graphits:

leichte Spaltbarkeit des reinen Graphits entlang der Basalebenen, deutlich höhere Festigkeit entlang der Kristallschichten;
thermische und elektrische Isolation orthogonal zu den Basalebenen, gegenüber einer fast metallischen Leitfähigkeit entlang der Ebenen.

Weisen die Ebenen zueinander keine feste Korrelation zueinander auf, spricht man von turbostratischem Kohlenstoff.

Die durchstrahlungs-elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt Basalebenenstapel in Graphit. Die Überlagerung verkippter Stapel erzeugt Moiré-Streifen; die Basalebenenabstände von 0,34 Nanometer werden hier nicht aufgelöst. graphit_gitter.png

Im so genannten Glaskohlenstoff liegen die Ebenen dagegen nicht planparallel wie die Seiten eines Buches, sondern wie geknülltes Papier. Dieser Kohlenstoff ist hart und isotrop wie Glas, daher sein Name. Durch besondere Behandlung (Streckung von Kunststofffasern und anschließendes Graphitieren) gelingt es, die Ebenen in Faserrichtung zu orientieren. Das Ergebnis sind hochfeste Kohlenstofffasern.

Fulleren und Nanoröhren besitzen nur eine Basalebene, die im ersten Fall zu einer Kugel, im zweiten Fall zu Röhren gekrümmt sind. Auch hier sind die Übergänge zum Graphit fließend. Weitere Schichten können sich zwiebelartig anlagern und rußartiges Pulver bilden. Graphit_basalebenenrp.jpg

Vorkommen

Er kommt in der Natur in Form vereinzelter Flocken und Körner in kohlenstoffreichem metamorphem Gestein und als Adern in Pegmatit vor. Abgebaut wird Graphit vor allem in China, Korea, Madagaskar, Simbabwe, Brasilien und Indien sowohl im Tagebau als auch unter Tage. Pro Jahr handelt es sich dabei um ca. 600.000 Tonnen. In Europa gibt es zur Zeit nur noch wenige aktive Graphitbergwerke. In der Ukraine und in Tschechien wird makrokristalliner Naturgraphit in unterschiedlicher Qualität unter Tage abgebaut. Bei dem makrokristallinen Naturgraphit sind die einzelnen Graphitkristallitpakete (Flocken) gut erhalten und sichtbar. In Norwegen und in Österreich wurden dagegen mikrokristalline Naturgraphite gewonnen, deren Kristalle nicht so deutlich ausgeprägt sind.

Österreich nahm in den 1960er-Jahren den nach Südkorea zweiten Platz unter den Graphit erzeugenden Ländern der Erde ein (Höchststand 1964 mit etwa 100.000 Tonnen Förderung). Der größte und 1993 eingestellt Bergbau befand sich in Kaisersberg bei St. Michael in der Steiermark. Bis 1991 bestand in Sunk bei Trieben im Paltental (Steiermark) ein Bergbau, in dem Graphit mit einem sehr hohen Kohlenstoffanteil von zum Teil über 80% gewonnen wurde. Weitere kleine Graphitbergbaue bestanden bis in die 1970er-Jahre am Semmering, im Liesingtal (Steiermark), im Dunkelsteiner Wald (Niederösterreich) so wie im Waldviertel, wobei hier das seit 1831 in Abbau stehende Vorkommen in Mühlbach am bedeutendsten war. In Deutschland war der Graphit-Bergbau von Kropfmühl/ Bayerischer Wald bedeutsam.

Graphit.jpg

Herstellung

Durch Verkoken kohlenstoffhaltiger Materialien entstehen graphitierbare Kohlenstoffe. Ausgangssubstanzen sind zum Beispiel Braunkohle, Steinkohle, Erdöl und Peche, aber auch Kunststoffe. Im Anschluss muss durch Erhitzen unter Luftabschluss auf ca. 3000 °C noch eine Umwandlung vom amorphen Kohlenstoff zum polykristallinen Grafit erfolgen.

Künstlich hergestellter Graphit ist auch als Acheson-Graphit bekannt.

Verwendung

Cgraphitrp.jpg Graphit wird vielfältig genutzt:

als Bleistiftmine
als Schmierstoff,
als Werkstoff für selbstschmierende Lager und Dichtungen,
als Füller zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und zum Herabsetzten des Reibbeiwertes von Kunststoffen,
als Kohlebürste in elektrischen Motoren,
als Elektrode in Lichtbogenlampen und -öfen,
als aktives Material in der negativen Elektrode von Lithium-Ionen Zellen,
als Schmelztiegel,
als Gießform,
als thermisch hochbelastbare Hochofenauskleidung,
als Moderator und Reflektor in Atomreaktoren,
als Monochromator im Röntgendiffraktometer,
als Waffe in Form von Graphitfäden zum Kurzschließen der feindlichen Stromversorgung (Streubombe)
als korrosionsbeständiger Werkstoff in der chemischen Industrie.
als Wanne in der Aluminiumherstellung bzw. als Elektrode in der E-Stahlgewinnung, Schrottverwertung

Geschichte

Der Name leitet sich aus dem Griechischen γραφειν (graphein) ab, was schreiben bedeutet. Er spielt damit auf die Tatsache an, dass Graphit auf Papier oder anderen rauhen Oberflächen durch Abreibung der einzelnen Blättchen leicht eine graue Ablagerung hinterlässt, die im Bleistift zum Schreiben genutzt werden kann.

In der späten Eisenzeit in Mitteleuropa (La-Tène-Zeit) wurde Graphit gerne verwendet, um die Oberfläche keramischer Gefäße zu schwärzen. Hier waren besonders die Vorkommen bei Passau bedeutsam.

Weblinks

Graphit im Mineralienatlas Wiki

www.sglcarbon.com bzw. de

Siehe auch: Liste von Mineralen