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Fußball ist unser Leben Petra Oberpaul 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
Stellung im PSE I/1 Alkali. Schale metalle 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q H Li Na K Rb Cs Fr II/2 III/13 IV/14 V/15 VI/16 VII/17 VIII/18 Erdalkali- Borgrupp Kohlenstoff Stickstoff- Sauerstoff Halogene Edelgase metalle e -gruppe Be B Mg Al Ca Ga Sr In Ba Tl Ra C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn
Elementmodifikationen Kohlenstoff Graphit Hexagonal Mohs´sche Härte 1 Dichte: 2, 3 g/cm 3 Halbleiter a-und b-Form Diamant Kubisch Mohs´sche Härte 10 Dichte: 3, 5 g/cm 3 Isolator p- und n-Typ Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Fullerene 1985 entdeckt Polyeder
Graphitkristallgitter V. d. Waals. Anziehung Kondensierte Sechsringe sp 2 -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 0¼ ½ ¾ 1 A B B C A Alpha-Graphit ABAB A Beta-Graphit ABCABC Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Graphit Hohe Lichtabsorption durch freie P-Orbitale Anisotrope Leitfähigkeit Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC Bleistiftminen Hitzebeständiges Schmiermittel Auskleidung von Öfen
Von Graphit zu Diamant Parallelverschiebung Graphitschicht mit v. d. Waals-Wechselwirkung Überlappung der P-Orbitale Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Diamantkristallgitter A B C-C Abstand 1, 54 Å C C-C Abstand: 1, 54Å C=C Abstand: 1, 33Å Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Diamanttypen Diamant (Isolator) Stickstoffatome 0, 1 % Bor Halbleiter p-Typ Halbleiter n-Typ Elektronenleitung über Defektstellen mit Elektronenunterschuss Elektronenleitung über Defektstellen mit Elektronenüberschuss Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Diamanten Hope Florentiner Cullinan Stancy Leipzig Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Umwandlung der Modifikationen 1 1. Diamant → Graphit - spontane Umwandlung ? - Hoher Energieaufwand um Bindungen zu brechen Luftausschluss Diamant 1700°C Diamant Luft 800°C Graphit + Wärme CO 2 + 396 k. J Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Zustandsdiagramm von C 500 Phase III 400 Flüssiger Kohlenstoff 300 200 Diamant 100 Druck x 10 3 Graphit 1000 3000 5000 Temperatur [°C] 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
Fullerene - 1985 von Kroto, Smalley und Curl entdeckt - Euler´sche Regel - Isolated Pentagon Rule (IPR) - spm hybridisiert (m = 2; 3) - Wasser und Sauerstoff unterdrücken 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. C 70, C 76, C 84 3. Fulleride 4. Endo- und exohedrale Fullerene 5. Heterofullerene Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Diamantsynthese 1 a „Belt“ der General Electric Co. Aus dem Jahre 1954 - Ostwaldsche Stufenregel - Keimbildungstheorie nach Vollmer - äußere Bedingungen Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Diamantsynthese 1 b Reaktionsraum Zylinder Kolben Pyrophyllit Stahlringe Wolframcarbid Petra Oberpaul Übungen im Vortragen mit Demonstrationen AC
Stahlringe Reaktionsraum Wolframcarbid Pyrophyllit Petra Oberpaul 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
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