Graphit und Diamant - zwei unterschiedliche Kohlenstoffe

Ein Element - zwei Modifikationen

• Obwohl äußerlich grundverschieden, bestehen Diamant und Graphit ausschließlich aus den Atomen des Kohlenstoffs.
• Man spricht hier von unterschiedlichen Modifikationen des Kohlenstoffs. Modifikation bedeutet hier, dass der Kohlenstoff verschiedene Erscheinungsformen annimmt.
• Die gravierenden Unterschiede in den Eigenschaften von Diamant und Graphit beruhen auf der unterschiedlichen Anordnung der Kohlenstoffatome in den beiden Atomgittern.

Übrigens: Auch bei anderen Elementen finden sich unterschiedliche Modifikationen, am bekanntesten ist der Phosphor, der in den Varianten "roter Phosphor" (chemisch harmlos), weißer Phosphor (sehr reaktiv) vorkommt. Auch beim Schwefel gibt es unterschiedliche Kristallformen.

Diamant - seine Härte macht ihn so interessant

• Diamant hat einen ganz speziellen Kristallaufbau. Dabei geht jedes Kohlenstoffatom vier Verbindungen zu anderen C-Atomen ein; dabei bildet sich ein Tetraeder. Diamant ist ein dreidimensional vernetzter Atomverband, das typische Diamantgitter, das man auch in vielen Chemiebüchern findet.
• Die Kristalle sind dank dieses Aufbaus nahezu durchsichtig; das Funkeln entsteht durch Lichtreflexion an unterschiedlichen Kristallebenen. Das macht Diamant für die Schmuckproduktion interessant.
• Als sehr hartes Material eignet sich Diamant für spezielle Bohr- Schleif- oder Schneidewerkzeuge. Hierfür werden allerdings künstlich hergestellte Diamanten genutzt.
• Diamant schmilzt übrigens nicht. Erhitzt man ihn über 1500 °C, geht er in Graphit über.

Graphit - bekannt aus Bleistiftminen

• Graphit weist einen ganz anderen Aufbau auf als Diamant, das Graphitgitter besteht aus ebenen Schichten, in denen die Kohlenstoffatome in regelmäßigen Sechsecken angeordnet sind.
• Die zweidimensionalen Schichten des Graphits lassen sich leicht abspalten, denn die Bindung zwischen den einzelnen Schichten ist schwach (Van-der-Waals-Kräfte). Mit Klebestreifen können sogar einatomige Lagen entnommen werden: das seit dem Nobelpreis 2010 bekannte Graphen.
• Graphit ist dunkel, fast schwarz und meist glänzend. (Der Glanz ist übrigens auf das sich bildende Elektronengasder Schichten zurückzuführen, so wie der Glanz nahezu aller Metalle).
• Graphit ist durch seinen Schichtenaufbau bedingt sehr weich und daher ideal für Bleistiftminen (oft Mischung mit Ton) und als Schmiermittel (Graphitpulver), aber auch für Elektroden geeignet. 
• Die Umwandlung von Graphit in Diamant ist erst 1953 gelungen; sie benötigt außerordentlich hohe Drucke (über 100 000 atm). 

Übrigens: Die weiteren bekannten "Formen" des Kohlenstoffs wie Koks, Kohle oder Ruß sind keine besonderen Modifikationen des Elements (wie man zunächst denken könnte), sondern bestehen im Wesentlichen aus mikro- bzw. feinkristallinem Graphit. Dabei enthalten diese "Kohlenstoffe" meist noch verschiedene andere Verbindungen, beispielsweise auch Wasser oder Schwefel- bzw. Stickstoff.