Graphit ist ein guter Leiter von Elektrizität und Wärme. Das liegt an seiner einzigartigen kristallinen Struktur, die aus Schichten von hexagonal angeordneten Kohlenstoffatomen besteht. Diese Schichten ermöglichen eine effiziente Bewegung von Elektronen und Wärme und machen Graphit zu einem hervorragenden Leiter.
Erläuterung der elektrischen Leitfähigkeit:
Die elektrische Leitfähigkeit von Graphit ist auf seine Struktur zurückzuführen, bei der jedes Kohlenstoffatom kovalent an drei andere Kohlenstoffatome in einem hexagonalen Gitter gebunden ist. Das vierte Elektron jedes Atoms ist in der Ebene der Schicht delokalisiert und bildet ein "Meer" von Elektronen, die sich frei bewegen können. Diese Delokalisierung der Elektronen ermöglicht es Graphit, Elektrizität zu leiten. Die Leitfähigkeit ist aufgrund der frei beweglichen Elektronen innerhalb der Schichten besonders hoch, während sie zwischen den Schichten aufgrund der schwächeren Kräfte zwischen den Schichten weniger wirksam ist.Erläuterung der Wärmeleitfähigkeit:
Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit ist ebenfalls hoch, insbesondere innerhalb der Schichten seiner Struktur. Die gleichen delokalisierten Elektronen, die für die elektrische Leitfähigkeit verantwortlich sind, spielen auch bei der Wärmeleitfähigkeit eine Rolle, indem sie Wärme durch das Material transportieren. Darüber hinaus ermöglichen die starken kovalenten Bindungen innerhalb der Schichten eine effiziente Übertragung von Schwingungsenergie (Phononen), was ein weiterer Mechanismus für die Wärmeleitung ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit kann mit der Temperatur zunehmen, im Gegensatz zu vielen anderen Materialien, bei denen sie abnimmt.
Anwendungen, die die Leitfähigkeit hervorheben:
Die hohe Leitfähigkeit von Graphit wird in verschiedenen Anwendungen genutzt, z. B. als Elektroden für Lichtbogenöfen und Lithium-Ionen-Batterien, bei denen seine Fähigkeit, sowohl Strom als auch Wärme zu leiten, entscheidend ist. In Lichtbogenöfen leiten Graphitelektroden die hohen Ströme, die zur Erzeugung der für das Schmelzen von Stahl erforderlichen starken Hitze erforderlich sind. In Lithium-Ionen-Batterien dient Graphit als Anodenmaterial und leitet die Elektronen während des Entladevorgangs.
