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Der geheimnisvolle Graphit: Warum ist er die stabilste Form von Kohlenstoff?
Graphit, diese mysteriöse Substanz, ist mehr als nur die Mine eines Bleistifts. Mit dem Fortschritt in Wissenschaft und Technik hat sich unser Verständnis von Graphit schrittweise vertieft, was seine Schlüsselrolle in verschiedenen Branchen zeigt. Warum ist Graphit letztlich die stabilste Form von Kohlenstoff? Dieses Thema hat in wissenschaftlichen und industriellen Kreisen breite Diskussionen ausgelöst.
Grundlegende Eigenschaften von Graphit
Graphit ist ein kristallines Allotrop des Kohlenstoffs und besteht genauer gesagt aus mehreren übereinander gestapelten Graphenschichten. Graphit ist unter normalen Bedingungen die stabilste Form von Kohlenstoff und kommt in der Natur vor. Berichten zufolge erreichte der weltweite Graphitverbrauch im Jahr 2022 1,3 Millionen Tonnen und wurde hauptsächlich in feuerfesten Materialien, Lithium-Ionen-Batterien und Schmiermitteln verwendet.
Aufgrund der niedrigen Kosten, der thermischen Stabilität und der chemischen Inertheit von Graphit wird es häufig in vielen energie- und temperaturintensiven Prozessen eingesetzt.
Arten und Verwendung von Graphit
Natürlicher Graphit
Natürlicher Graphit kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: amorpher Graphit und kristalliner Graphit. Diese Graphite entstehen hauptsächlich durch die Metamorphose kohlenstoffhaltiger Sedimentgesteine. Amorpher Graphit entsteht üblicherweise durch die thermische Metamorphose von Kohle, während kristalliner Graphit aus kohlenstoffhaltigen metamorphen Gesteinen gewonnen wird. Wenn es um die Umwelt geht, können die negativen Auswirkungen des Graphitabbaus nicht ignoriert werden.
Synthetischer Graphit
Synthetischer Graphit wird in extrem hoher Reinheit hergestellt, typischerweise durch thermische Graphitierung bei Temperaturen über 2100 °C im Exxon-Verfahren. Obwohl synthetischer Graphit eine Reinheit von über 99,9 % aufweist, sind seine Dichte und Leitfähigkeit im Allgemeinen geringer als bei natürlichem Graphit.
Beim Herstellungsprozess von synthetischem Graphit wird nicht nur das Kohlenstoffelement neu angeordnet, sondern auch eine Vielzahl von Verunreinigungen entfernt, wodurch die Reinheit verbessert wird.
Biographit
Biographit ist ein neues Produkt, das den CO2-Fußabdruck von Lithium-Eisen-Phosphor-Batterien reduzieren soll. Dieses Material wird aus Forstabfällen gewonnen und mithilfe eines neuartigen thermischen katalytischen Graphitierungsverfahrens produziert, das zunehmend auf die Aufmerksamkeit des Marktes stößt.
Aufbau und Eigenschaften von Graphit
Die Struktur von Graphit besteht aus dreieckigen, planaren Kohlenstoffatomschichten mit schwachen Bindungen zwischen den Schichten, was ihnen ermöglicht, relativ zueinander zu gleiten und somit über eine gute Schmierfähigkeit zu verfügen. Diese Eigenschaft macht Graphit in industriellen und alltäglichen Anwendungen sehr beliebt.
Die elektrische Leitfähigkeit von Graphit erfolgt hauptsächlich innerhalb der Schichten, was seinen Einsatz in elektronischen Geräten ermöglicht.
Die historische und kulturelle Bedeutung von Graphit
Die Geschichte des Graphits lässt sich bis 4.000 v. Chr. zurückverfolgen, als die Menschen während der neolithischen Malita-Kultur begannen, Graphit zum Verzieren von Töpferwaren zu verwenden. Im Laufe der Zeit erweiterte sich der Einsatzbereich von Graphit immer weiter und insbesondere in der militärischen und industriellen Revolution spielte Graphit eine wichtige Rolle.
Graphit wurde früher „Schwarzblei“ oder „Bleierz“ genannt, Namen, die aus der Verwechslung mit Bleierz entstanden.
Zukunftsaussichten
Vor dem Hintergrund der Energiewende und des wachsenden Umweltbewusstseins wird die Nachfrage nach Graphit nur noch zunehmen. Ob bei der Anwendung in Lithiumbatterien oder als Hochtemperaturschmiermittel: Das Potenzial von Graphit zeigt, dass es aus der Industrie der Zukunft nicht mehr wegzudenken ist.
Wird die Vielfalt des Graphits angesichts dieser mysteriösen Substanz zu einem tieferen Verständnis von Kohlenstoff führen?
