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.

Welche Eigenschaften haben Fullerene?

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

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!