Elemente und Moleküle, Schulbuch

35 2.4 DaS aTOMBinDUngSMODell Atomgitter In Molekülen ist immer eine begrenzte Anzahl von Atomen über Atombindungen miteinander verbunden. Ist die Anzahl der verknüpften Atome unbegrenzt, so spricht man von einem Atomgitter. Die Eigenschaften solcher Stoffe werden we- sentlich durch die im Gitter herrschenden Kräfte bestimmt. Dies zeigt sich deutlich bei den Erscheinungsformen (Modifikationen) des elementaren Kohlenstoffs: Dia- mant und Grafit. (3. Modifkation: Fulleren , ein C 60 -Molekül) Diamantgitter Im Diamantgitter ist jedes Kohlenstoff-Atom tetraedrisch von 4 weiteren Kohlen - stoff-Atomen umgeben. Von jedem Atom gehen 4 gleich starke Bindungen aus. Da- durch ergibt sich ein regelmäßiges, stabiles Gitter mit sehr großer Härte (Raumgit- ter; Abb. 35.1). Grafitgitter Im Grafitgitter verbindet sich jeder Kohlenstoff mit 3 weiteren Kohlenstoff-Atomen durch eine jeweils gleich starke Atombindung. Der Bindungswinkel bei 3 Bindungen beträgt 120°. Dadurch entsteht eine Schicht von regelmäßigen Sechsecken. Jedem Kohlenstoff-Atom der Schicht verbleibt ein Elektron. Diese Elektronen können sich über die gesamte Schicht hinweg bewegen, weshalb man sie delokalisierte Elektro- nen nennt. Sie bewirken, dass Grafit ein festes Strom leitendes Nichtmetall ist. Zwischen einzelnen Schichten des Grafitgitters wirken nur van-der-Waals-Kräfte, weshalb sich die Schichten leicht gegeneinander verschieben lassen. Das Grafitgit- ter zählt deshalb zum Typ der Schichtgitter (Abb. 35.2). Quarzgitter Außer dem elementaren Kohlenstoff gibt es auch Verbindungen, die Atomgitter ausbilden. Silicium bevorzugt zum Unterschied von Kohlenstoff, der in derselben Gruppe steht, Einfachbindungen mit Sauerstoff. Jedes Silicium-Atom verbindet sich mit 4 Sauerstoff-Atomen, die das Silicium-Atom tetraedrisch umgeben. Jedes Sau- erstoff-Atom ist wieder mit einem Silicium-Atom verbunden, sodass sie immer die gemeinsame Ecke zweier Tetraeder bilden (Abb. 35.3). Als Formel der Verbindung wird die kleinste Einheit des Gitters – SiO 2 – angegeben. Diese Verbindung heißt Siliciumdioxid oder Quarz . Zum Unterschied vom gasförmi- gen Kohlenstoffdioxid, das ein kleines, dreiatomiges Molekül ist, ist der Quarz ein Feststoff mit hohem Schmelzpunkt und großer Härte. Abb. 35.1: Das Diamantgitter Abb. 35.2: Das Grafitgitter Abb. 35.3: Das Quarzgitter Abb. 35.4: Gegenüberstellung Diamant – Grafit DIAMANT GRAFIT Formel (kleinste Einheit des Gitters) Farbe Härte Leitfähigkeit Schmelz- temperatur Verwendung Bohrkronen Schleifsteine Brillanten wandelt sich bei hohen Temperaturen in Grafit um ca. 3700 °C keine elektrische Leitfähigkeit gute elektrische Leitfähigkeit sehr hart schwer spaltbar sehr weich leicht in Blättchen spaltbar durchsichtig stark Licht brechend schwarz glänzend C Diamant C Grafit Elektrodenmaterial Bleistiftminen Schmiermittel Hochtemperaturwerkstoff Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv