Theoretischer Nachweis, dass Diamant aus reinem Kohlenstoff

Eigenschaften von Diamant
Entstehung
Diamant ist das härtestes natürlich vorkommendes Mineral. Er ist
der beste natürliche Wärmeleiter, und ein idealer elektrischer
Isolator.
Alle dies Eigenschaften gehen auf die Bindungen zwischen den
Kohlenstoffatomen zurück. Jedes Kohlenstoffatom ist über vier
Elektronenpaare mit vier anderen C-Atomen verbunden (siehe links).
Die Atome bilden auf diese Art ein Sechseckgitter (siehe links). Dies
ist die dichtmöglichste und stabilste Art Atome anzuordnen. Es gibt
diese Kristallstruktur auch bei anderen Elementen, bei diesen sind
die Bindungen jedoch schwächer. Diamant reagiert nahezu nicht,
Gitterstruktur von Diamant
außer bei hohen Temperaturen mit Wasserstoff, Sauerstoff und
Fluor; er ist auch leicht löslich in Metallschmelzen.
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Nachweis, dass Diamant aus
reinem Kohlenstoff besteht
Theoretischer Nachweis, dass Diamant aus reinem Kohlenstoff besteht:
Das Gasvolumen bleibt bei der Verbrennung in Sauerstoff gleich
 es entsteht ein Gas, dass O2 in der Molekülformel enthält.
Das einzige Gas, das außer CO2 diese Bedingung erfüllt und bei einer
Verbrennung in Sauerstoff bei den erzeugten Temperaturen (1000°C) entsteht
ist SxO2
Wir wollen nachweisen, dass kein SxO2 im Verbrennungsprodukt enthalten ist:
Kaliumpermanganat entfärbt sich, falls geringste Mengen SxO2 eingeleitet
werden.
Versuche:
Verbrennung von Schwefel in reinem Sauerstoff
Im Erdinnern bei Temperaturen von ca. 1200-1400°C und hohem Druck von ca. 40000 bar
Kohlenstoffatome verbinden sich zu Kristallgittern
Entstehung vor allem vor mehreren Milliarden bis 100 Millionen Jahren
Wurden von flüssigem Magma nach oben getragen und teilweise durch Vulkanausbrüche an die
Oberfläche gebracht
• Bei Meteoriteneinschlägen: Entstehung von Mikrodiamanten durch hohe Temperaturen und
Drücke beim Aufprall (Komprimierung von irdischem Kohlenstoff)
Herstellung
• Seit 1953 auch künstliche Herstellung möglich
• Graphit wird bei 60000 bar und über 1500°C zusammengepresst
=> Struktur ändert sich und Graphit wird zu Diamant
• Mehrere Verfahren
• Jährliche Produktion: ca. 40 Tonnen weltweit (80% des Gesamtbedarfs, vor allem der Industrie)
Farben
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Eigentlich farblos
Braun: durch Defekte im Kristallgitter
Kanariengelb: Stickstoff enthalten, je mehr, desto intensivere Färbung
Blau: Bor enthalten (sehr selten, aber häufiger als grün oder rot)
Grün: kann von Strahlungsdefekten stammen (sehr selten)
Schwarz: Graphit enthalten
Rot: Vermutlich wegen Kristalldefekten (seltensten unter allen Diamanten, nur 10 purpurne
weltweit, größter nur 3 Karat)
• Chamäleon-Diamanten: normal grau-grün, aber erhitzt oder lange unbelichtet Hellgelb
• Pink oder Rosa: Oft zu den roten gezählt, auch Kristallunreinheiten verantwortlich
Arten
 Einleitung des Verbrennungsprodukts in
Kaliumpermangenatlösung
 Entfärbung
Entfärbung von Kaliumpermanganatlösung
Verbrennung von Diamant in 100ml reinem Sauerstoff
(in Anlehnung an den Experementalvortrg von
Herr Ducci am 5.11.2009)
 Volumen bleibt gleich
Diamant verbrennt in einem
Quarzrohr
 Einleitung in Kalkwasser
 Trübung (Nachweis für CO2)
1. Hochfeines Weiß+ (River), GIA-Bezeichnung: D
2. Hochfeines Weiß (River), GIA-Bezeichnung: E
3. Feines Weiß+ (Top Wesselton), GIA-Bezeichnung: F
4. Feines Weiß (Top Wesselton), GIA-Bezeichnung: G
5. Weiß (Wesselton), GIA-Bezeichnung: H
6. Leicht getöntes Weiß+ (Top Crystal), GIA-Bezeichnung: I
7. Leicht getöntes Weiß (Top Crystal), GIA-Bezeichnung: J
8. Getöntes Weiß+ (Crystal), GIA-Bezeichnung: K
9. Getöntes Weiß (Crystal), GIA-Bezeichnung: L
10.Getönt 1 (Top Cape), GIA-Bezeichnung: M, N
11.Getönt 2 (Cape), GIA-Bezeichnung: O
Trübung von Kalkwasser
 Einleitung in Kaliumpermangant => keine Entfärbung
 Diamant besteht wirklich aus reinem Kohlenstoff
Diamantenchemie
Projektleiter: Thomas Knecht
Teilnehmer: Rebecca Bartel, Anne Gaa, Kim Hermann, Larissa Schmid, Patrick Stöckle,
Johannes Strobel, Julian Weinmann, Johannes Zimmer
Veredelung, Bearbeitung, Schliffe,
Veredelung
Der Wert eines Diamanten leitet sich (wie auch seine Qualität und Schönheit) von den
sog.4C ab: Carat, Color, Clarity und Cut (Karat, Farbe, Reinheit und Schliff).
Drei berühmte Diamanten
Blue Hope: Er ist einer der berühmtesten und sagenumwobensten
Diamanten und wurde unter anderem von Ludwig XVI. und Marie
Antoinette getragen. Angeblich liegt ein Fluch auf ihm, der alle
Besitzer in den Ruin treibt.
Carat (=Karat; ct.) ist die Einheit, in der man das Gewicht des Diamanten bestimmt.
1 Karat entspricht 0,2 Gramm.
Diamanten existieren in allen Regenbogenfarben: Gelb, braun, orange, pink, rot, grün,
blau und violett. Ist die Farbsättigung eines Diamanten stark genug, gilt er als "farbiger
Diamant" oder einfach "Fancy". Das Verhältnis von nahezu farblosen zu farbigen
Diamanten wird auf 1:10.000 geschätzt.
Das Interesse an farbigen Diamanten wächst in letzter Zeit immer mehr – nachdem sie
jahrelang als Kuriositäten galten - wohl auch aufgrund der Tatsache, dass der
momentan größte Diamant der Welt der gelbe „Golden Jubilee“ (545,67 ct.) ist, der mit
seinem Fund im Jahre 1995 den lupenreinen „Cullinan I.“ (430,2 ct.) ablöste.
Beispiele für verschiedene Schliffarten
(Cuts) an berühmten Diamanten sind:
Zum Bild:
Großmogul (Abb. 1) (spitzkegelige Rose)
Regent o. Pitt (Abb. 2 u. 11)
Florentiner (Abb. 3 u. 5)
Sancy (Abb. 6)
Dresdner Grüner Diamant (Abb. 7)
Koh-i-Noor (Abb. 8 u. 10)
Hope (Abb. 9)
Der Blue Hope
Koh-I-Noor: Er kam ursprünglich aus Indien und wurde in die neue
Krone von Elisabeth, der Gattin des Königs George, eingesetzt. Der
Legende nach erhielt er seinen Namen durch den Ausruf „Koh-I-Noor!“
(Ein Berg von Licht). Auch dieser Diamant hinterließ eine blutige Spur.
Koh-I-Noor als Teil der Britischen Kronjuwelen
Cullinan: Er war der größte, jemals
gefundene Diamant mit 3106,75 Karat. Er
wurde in 105 Steine gespalten, davon neun
große, die heute Teil der britischen
Kronjuwelen sind.
Die neun größten Teile des Cullinans nach der Spaltung
Vorkommen und Nutzung
Industrie: Aufgrund der extremen Härte von Diamanten werden diese auch in der Technik
eingesetzt, etwa in Schleif- und Bohrwerkzeugen. Auch zum Glas- und Betonschneiden
werden sie eingesetzt. Bei Plattenspielern bestand die Nadelspitze teuer Nadeln auch aus
einem kleinen Diamanten.
Vorkommen: die größten Vorkommen sind in Russland, Afrika, Australien und Kanada,
gefunden wurden aber auf allen Kontinenten Diamanten.
Die Weltproduktion an Naturdiamant liegt heutzutage bei etwa zwanzig Tonnen pro Jahr,
wobei dies bei weitem nicht den Bedarf der Industrie abdeckt.
Hauptlagerstätten von
Diamanten