63%

Cyber Monday-Angebot

Nur bis zum 09.12.2024

Jetzt 30 Tage lang kostenlos testen & dann 63 % sparen.

Nur bis zum 09.12.2024

Lernpakete anzeigen

Graphen und Fullerene

Graphen und Fullerene sind Modifikationen von Kohlenstoff. Graphen besteht aus einer einzigen Atomlage mit einer Wabenstruktur, während Fullerene aus 60 Kohlenstoffatomen bestehen und Fußbällen ähneln. Erfahre mehr über ihre Eigenschaften, Anwendungen und Herstellung. Interessiert? Das und vieles mehr findest du im folgenden Text!

Du willst ganz einfach ein neues Thema lernen
in nur 12 Minuten?
Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
  • Das Mädchen lernt 5 Minuten mit dem Computer 5 Minuten verstehen

    Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.

    92%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen.
  • Das Mädchen übt 5 Minuten auf dem Tablet 5 Minuten üben

    Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.

    93%
    der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert.
  • Das Mädchen stellt fragen und nutzt dafür ein Tablet 2 Minuten Fragen stellen

    Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.

    94%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Bereit für eine echte Prüfung?

Das Fullerene Quiz besiegt 60% der Teilnehmer! Kannst du es schaffen?

Quiz starten
Bewertung

Ø 4.5 / 20 Bewertungen
Die Autor*innen
Avatar
Team Wissensdurst
Graphen und Fullerene
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Graphen und Fullerene

Graphen und Fullerene – Chemie

Kohlenstoff kann vielfältige Kristallstrukturen bilden. Die wohl bekanntesten Modifikationen sind Grafit und Diamant. Daneben können Kohlenstoffatome aber auch große Strukturen bilden, die wie Fußbälle aussehen, oder große Schichten, die genau nur ein Atom dick sind. Aber was sind Graphen und was sind Fullerene? Das erfährst du in diesem Text.

Was sind Fullerene? – Definition

Fullerene sind Kohlenstoffmodifikationen. Sie bestehen aus 60 Kohlenstoffatomen. Fullerene haben das Aussehen eines Fußballs und werden aus diesem Grund auch als Fußballmoleküle bezeichnet. Die Atome im $\ce{C60}$-Molekül sind so verknüpft, dass zwölf Fünfecke und 20 Sechsecke entstehen. Die Bindungen im Fulleren zwischen den Kohlenstoffatomen sind ähnlich wie im Grafit und Diamant. Makroskopisch betrachtet handelt es sich bei Fullerenen um ein braun-schwarzes Pulver mit metallischem Glanz.

Fullerene Struktur, Fullerene Aufbau, Fullerene Modell

Welche Eigenschaften haben Fullerene?

Im Folgenden werden einige chemisch-physikalische Eigenschaften der Fullerene genauer betrachtet.

Eigenschaft Wert
Fullerene – Härte weich
Fullerene – Dichte $\pu{1,7g/cm3}$; Fullerene sind also nicht hart.
Fullerene – Farbe braun-schwarz
Fullerene – Größe Durchmesser $\pu{700 pm}$
Fullerene – Schmelzpunkt bei Temperaturen über $\pu{280°C}$
Fullerene – Sublimation bei Temperaturen über $\pu{400°C}$
Fullerene – elektrische Leitfähigkeit Fullerene sind nicht elektrisch leitfähig.
Fullerene – Wärmeleitfähigkeit Fullerene hemmen die Wärmeleitfähigkeit.

Fullerene – Vorkommen und Herstellung

Natürliche Fullerene kommen in jeder rußenden Flamme vor. Künstlich können Fullerene synthetisiert werden, indem Kohlenstoff aus Grafitelektroden mit einem elektrischen Lichtbogen in einer Heliumatmosphäre verdampft wird. Anschließend wird der Dampf direkt kondensiert.

Fullerene – Anwendung und Verwendung

In folgenden Bereichen können Fullerene genutzt werden oder wird ihr Einsatz aktuell erforscht:

  • In Cremes, insbesondere Anti-Aging-Cremes
  • Als Schmiermittel, Fullerene wirken wie ein molekulares Kugellager.
  • Herstellung künstlicher Diamanten
  • Als Halbleiter und Supraleiter
  • Als Katalysator

Was sind Graphene? – Definition

Graphene sind ebenfalls Modifikationen von Kohlenstoff. Dabei ist ein Kohlenstoffatom in einem Winkel von 120° von drei weiteren Kohlenstoffatomen umgeben. Du kannst dir das als eine Verkettung von Benzolringen vorstellen, die eine sogenannte Wabenstruktur ausbilden. Das Besondere an Graphenen ist, dass sie aus nur einer Atomlage bestehen. Sie können Nanoröhren bilden.

Graphene sind sehr steif und fest und sie besitzen die größte Zugfestigkeit, die je ermittelt wurde. Deshalb werden sie dazu benutzt, um Kunststoffe zu verstärken, zum Beispiel die Rotorblätter von Windkraftanlagen. Außerdem sind Graphene elektrische Leiter. Man könnte aus ihnen beispielsweise sehr dünne Solarzellen herstellen oder eine Art biegsamen Monitor.

Dieses Video

In diesem Video wird dir einfach erklärt, was für Stoffe Fullerene sind. Du erfährst, wo Fullerene enthalten sind und wie der Bau von Fullerenen aussieht.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Teste dein Wissen zum Thema Fullerene!

1.215.161 Schülerinnen und Schüler haben bereits unsere Übungen absolviert. Direktes Feedback, klare Fortschritte: Finde jetzt heraus, wo du stehst!

Vorschaubild einer Übung

Transkript Graphen und Fullerene

Eine weitere Modifikation des Kohlenstoffs ist unter anderem in Cremes enthalten. Die sogenannten Fullerene haben aber auch noch ganz andere Eigenschaften. Das Fulleren mit dem Namen C60 wird auch Fußball-Molekül genannt. In diesem Molekül bilden die Kohlenstoffatome einen kugelförmigen Käfig, einen Polyeder. Dieses am besten erforschte Fulleren besteht aus 60 Kohlenstoffatomen, die im Kristallgitter in zwölf Fünfecken und 20 regelmäßigen Sechsecken miteinander verbunden sind. Auch in anderen Fullerenen mit den Namen C76 oder C84 sehen die Verknüpfungen ähnlich aus. Fullerene sind braunschwarze Pulver mit metallischem Glanz. Sie sind weich wie Graphit, leiten aber den elektrischen Strom nicht, weil die einzelnen Moleküle nicht miteinander in Verbindung stehen. Wie bei einem Stapel Orangen sind die einzelnen C60-Kugeln sehr dicht aneinander angeordnet und bilden eine kubisch dichteste Kugelpackung. Wegen ihrer besonderen Eigenschaften eignen sich Fullerene auch sehr gut als Schmiermittel. Sie wirken wie ein molekulares Kugellager. Einfaches Haushaltsklebeband. Damit lösten die russischen Wissenschaftler Andre Geim und Konstantin Novoselov zum ersten Mal eine monoatomare Schicht Kohlenstoff von einem Stück Graphit ab. 2010 erhielten sie dafür den Physiknobelpreis. Graphen ist ein zweidimensionales Material, das erstaunliche Eigenschaften hat, die nicht nur Physiker faszinieren. Graphene sind nur eine Atomlage dick. Sättigt man die Ränder der Graphene nicht mit anderen Atomen ab, so wellt sich die Schicht und formt sich zu einer Röhre. Es kommt quasi zu einer Eigensättigung. Der Durchmesser dieser Nanoröhren liegt im Bereich von einem Millionstel Millimeter. Sie sind ein Zehntausendstel so dünn, wie ein menschliches Haar. Eine Pflanzenlaus sieht dagegen gigantisch aus. Graphene und Nanoröhren gelten als Wunderstoff der Zukunft. Sie sind extrem stabil, biegsam, transparent und leicht und 100-mal fester als Stahl. Das Nanomaterial kann Kunststoffe verbessern und verstärken. Zum Beispiel bei den Rotorblättern von Windkraftanlagen. Forscher experimentieren mit ultradünnen Solarzellen. Sogar ein Weltraumlift mit Seilen aus Nanoröhren war angedacht. Besonders interessant ist das Verhalten von Nanoröhren bei der elektrischen Leitfähigkeit. Sie können sowohl isolieren, als auch als Halbleiter wirken oder leiten. Mit der Nanotechnologie ließen sich faltbare Monitore, oder elektronisches Papier realisieren. Biegsam und trotzdem robust.

1 Kommentar
  1. Interessant

    Von Erwin S., vor fast 4 Jahren
30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

8.890

sofaheld-Level

6.601

vorgefertigte
Vokabeln

7.386

Lernvideos

36.010

Übungen

32.558

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrkräften

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Schulstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden