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Kohlenstoff ( C )

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Allgemeine Beschreibung  

Kohlenstoff ist seit prähistorischer Zeit bekannt.

Kohlenstoff kommt natürlich in zwei allotropen Formen vor, nämlich als Graphit und als Diamant. Die Entdeckung der Fullerene im Jahre 1985 hat die Anzahl der allotropen Erscheinungsformen des Kohlenstoffs erhöht. Seine Häufigkeit in der Erdkruste beträgt 480 ppm. Das Studium des Kohlenstoffs und seiner organischen Verbindungen ist die Grundlage der organischen Chemie. Die Anwendungsgebiete für Kohlenstoff sind vielfältig, dazu gehören seine Verwendung als Legierstoff für Eisen in der Stahlproduktion, sein Einsatz bei den Bürsten in elektrischen Generatoren und Motoren, die Verwendung von Kolloidgraphit oder Kohlenstoff zur Oberflächenbeschichtung (z.B. bei Glas), der Gebrauch in elektrischen Baugruppen, um Mikrowellen zu absorbieren und Photoelektronen sowie Sekundärelektronen zu hemmen und schließlich der Einsatz von hochreinem Kohlenstoff (Graphit) in Atomreaktoren, um die Neutronen zu bremsen.

Diamant verfügt über einzigartige Eigenschaften. Er ist eines der härtesten bekannten Materialien und zeichnet sich durch ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit aus. Industriediamanten werden in Felsbohrausrüstungen und Schleifmaterialien verwendet. CVD-Diamanten waren in den letzten Jahren Gegenstand eingehender Untersuchungen und Weiterentwicklungen. Über die möglichen Einsatzgebiete für dieses Material wird man sich jetzt erst allmählich bewußt.

Kohlenstoff ist ein fundamentaler Bestandteil allen Lebens; er ist einer der Grundstoffe der DNS. Im Durchschnitt enthält der menschliche Körper ungefähr 16 kg Kohlenstoff in verschiedenen Formen.

   

Atomische Eigenschaften

Atomgewicht ( amu ) 12,011
Atomradius - Goldschmidt ( nm ) 0,077
Elektronenstruktur He 2s2 2p2
Ionisationspotential Nr. eV
1 11.26
2 24.38
3 47.9
4 64.5
5 392
6 490
Kristallstruktur hexagonal/Diamant
Natürliche Isotopenverteilung Massenzahl %
12 98.89
13 1.11
Ordnungszahl 6
Photoelektrische Austrittsarbeit ( eV ) 4,8
Thermischer Neutronenabsorptionsquerschnitt ( Barns ) 0,0034
angegebene Valenzen 2, 3, 4

Elektrische Eigenschaften

Elektrischer Widerstand bei 0C ( µOhmcm ) 1375
Therm. EMK gegenüber Pt (kalt 0C warm 100C) ( mV ) +0,70

Mechanische Eigenschaften

Materialzustand Graphit Diamant
E-modul im Zugversuch ( GPa ) 4,8
Härte - Mohs 0,5-1,0 10
Kompressionsmodul ( GPa ) 33 542

Physikalische Eigenschaften

Dichte bei 20C ( g cm-3 ) 2,25
Schmelzpunkt ( C ) 3650
Siedepunkt ( C ) 5000

Thermische Eigenschaften

Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient bei 0-100C ( x10-6 K-1 ) 0,6-4,3
Spezifische Wärme bei 25C ( J K-1 kg-1 ) 712
Wärmeleitfähigkeit bei 0-100C ( W m-1 K-1 ) 80-240

Eigenschaften an Kohlenstoff Faser

Eigenschaft daten
Material XAS,HTA,T300 34-700, T650/35 UMS2526 HM HS40 P25 P100 F180 F500
Bruchdehnung % 1,5-1,7 1,7-1,9 1,2 0,8 0,9 1,0 0,3 - 2,1
Dichte g cm-3 1,76-1,8 1,77-1,8 1,78 1,86 1,85 1,87 2,15 - 2,1
E-modul im Zugversuch GPa 230-40 230-40 380 350-70 450 140-60 720 180 500
Fadendurchmesser µm 7 7 4,8 8 5 11 10 - 9
Längenausdehnung - Querachse x10-6 K-1 +26 - +37 +25
Längenausdehnungskoeffizient - Längsachse x10-6 K-1 -0,1to-0,5 -0,6 -0,7 -1,3 -0,5 - -1,5
Volumenwiderstand µOhmcm 1400-1600 1500 1000 900 1000 1300 250 1100 400
Vorläufer PAN PAN PAN PAN PAN Pitch Pitch Pitch Pitch
Wärmeleitfähigkeit W m-1 K-1 17-24 14 46 105 52 22 520
Zugfestigkeit GPa 3,6-4 4,5 4,9 2,5-2,7 4,4 1,4 2,2 2,0 3,0

Eigenschaften an Kohlenstoff Folie

Eigenschaft daten
Material pyrolitisch flexibel starr Glaskohlenstoff
Biegefestigkeit MPa 80 90 260
Dichte g cm-3 2,2 0,9-1,3 1,8 1,4
Längenausdehnungskoeffizient x10-6 K-1 0,9-14 1-25 7 2,6
Wärmeleitfähigkeit W m-1 K-1 1,7-300 4-160 150 6,3
Widerstand µOhmcm 0,5-250 1000-50000 1200 4000-5500

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