Stoffe, Schulbuch

1 Kapitelname 2 Teilchen bild n Stoffe 18 2.5 Atomgitter – Quarz, Diamant, Grafit Ein Beispiel für ein Atomgitter ist der als Schmuckstein verwendete Diamant . Er besteht nur aus Kohlenstoffatomen. Jedes Kohlenstoffatom ist mit vier anderen durch Einfachbindungen verbunden (Abb. 18.2). Da die Atome räumlich verknüpft sind, nennt man dieses Atomgitter auch Raumgitter. Stoffe mit Raumgitterstruktur sind schwer schmelzbar und hart. Jede Veränderung des Gitters ist ja nur möglich, wenn dabei feste Atombindungen zerbrochen werden. Diamant ist der härteste aller Stoffe. Auch der in vielen Gesteinen vorkommende Quarz hat Raumgitterstruktur und ist daher hart und schwer schmelzbar. Da im Raumgitter keine beweglichen Ladungs- träger existieren, sind solche Stoffe Isolatoren. Quarz und das mit ihm verwandte Glas und Porzellan werden in der Technik unter anderem als Isolatoren verwendet. Eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Atome in Atomgittern ist das Schicht- gitter . Der bekannteste Stoff mit Schichtgitterstruktur ist der Grafit (Abb. 18.3). Auch er besteht nur aus Kohlenstoffatomen, man sagt, er ist eine andere Modifika- tion (= Erscheinungsform) des Kohlenstoffs. Bei normalem Druck ist er die stabile Kohlenstoffmodifikation. Wird Diamant auf etwa 1500 °C erhitzt, so wandelt er sich in Graphit um. Im Graphitgitter verbinden sich die Kohlenstoffatome nur mit drei Atombindungen in einer Ebene. Es entsteht eine Struktur wie eine Bienenwabe. Das vierte Elektron jedes Kohlenstoffatoms ist in der Ebene beweglich. Daher leitet Graphit den Strom. Zwischen den Ebenen herrschen nur schwache Kräfte, deshalb ist Graphit weich. Er wird als Bleistiftmine verwendet (Abb. 18.4). Für Stoffe mit Atomgittern gibt es natürlich keine Strukturformeln. Man verwendet Summenformeln, die das einfachste Atomverhältnis im Gitter angeben. Für Quarz ist die Formel SiO 2 , da das Gitter doppelt so viele Sauerstoffatome wie Silicium- atome enthält. Für Graphit und Diamant ist die Formel C, das Elementsymbol, da nur Kohlenstoffatome im Gitter vorkommen. Abb. 18.3: Das Gitter des Grafits: Nach 6-eckigen Waben angeordnete C-Atome bilden Schichten. 3 Bindungen fixieren die C-Atome innerhalb der Schicht. Die vierte Bindung verknüpft die Schichten miteinander. Abb. 18.2: Das Gitter des Diamanten. Jedes C-Atom sitzt im Zentrum eines Tetraeders und ist von weiteren 4 C-Atomen umgeben. Abb. 18.1: Diamant Auch das als Halbleiter bekannte Silicium hat Raumgitterstruk- tur wie der Diamant. Hier sind die Atombindungen allerdings schwächer und bei höherer Temperatur können Bindungselek- tronen ihren Platz verlassen. So kommt es zu einer schwachen Leitfähigkeit. Durch Einbau von Fremdatomen in das Raumgit- ter kann die Leitfähigkeit verstärkt werden. Solche Halbleiter verwendet man zum Bau von Transistoren und elektronischen Recheneinheiten wie Mikroprozessoren . Diamant C Graphit C Raumgitter Schichtgitter sehr hart durchsichtig weich schwarz Schmuckstein Bohrerbesatz Bleistiftmine Elektrode Schmiermittel Struktur Eigenschaften Verwendung Abb. 18.4: Im Bleistift werden die lose verbundenen Schichten des Grafits einfach abgerieben. Abb. 18.5: Gegenüberstellung von Diamant und Grafit Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv