Hat Kohlenstoff auch eine Anomalie (Phasendiagramm?
Hallo,
besitzt C auch eine Anomalie? Bei Wasser sagt man ja, dass seine Anomalie darin besteht, das die Schmelzkurve negativ ist. Soweit ich das auf diesem Diagramm sehe scheint das aber auch bei C der Fall zu sein...
source: http://ruby.chemie.unifreiburg.de/Vorlesung/Gif_bilder/Nichtmetalle/c_pt_diagramm_b.png
2 Antworten
Wieso ist der rote Kasten beim Übergang von Graphit und Diamant? Wenns dir auf die Dichte-Anomalie analog zu Wasser ankommt, musst du dir die Kurve zwischen fest und flüssig anschauen. Und die ist wie bei Wasser auch rückläufig bei höherem Druck.
Das gibts tatsächlich öfter als man denkt, Zinn hat das auch, genauso wie Ammoniak. Das besondere bei Wasser ist, dass es das Phänomen bei den Temperaturen und Drücken zeigt, bei denen wir leben und nicht wie z.b. Kohlenstoff bei so abartigen Bedingungen.
Wie schon JenerDerBleibt angemerkt hat: Dein rotes Kästchen hat nichts mit der fest–flüssig-Kurve zu tun, sondern beschreibt den Übergang zwischen Graphit und Diamant.
Die Schmelzkurve liegt am linken Rand des grünen Bereichs. Bei niedrigem Druck sieht man die erwartete positive Steigung; das zeigt an, daß die Schmelze wie erwartet weniger dicht als der Festkörper, in diesem Fall Graphit, ist. Aber bei 50 kbar = 5 GPa und knapp ≈4700 °C dreht sich die Steigung um. Das kann man nur so interpretieren, daß die Schmelze dichter als der Festkörper ist (vgl. Le-Chatelier-Prinzip). Die naheliegende Annahme ist, daß sich in diesem Druck/Temperatur-Bereich in der Flüssigkeit etwas Wesentliches ändert und sie dichter als der Festkörper wird. Das wäre dann eine Anomalie genauso wie beim Wasser.
Leider habe ich keine Ahnung von der Struktur einer Kohlenstoff-Schmelze; ein Paper, das ich dazu finden konnte, verrät zwischen den Zeilen, daß ich damit auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft bin, weil es sonst auch keiner weiß. Immerhin geistert die Idee eines flüssig–flüssig-Phasenübergangs in C-Schmelze in der Literatur herum, aber alle Rechnungen dazu geben Hausnummern, und die Experimente sind nicht viel besser; man ist sich nicht einmal sicher, ob und wenn ja in welchem Druck/Temperatur-Bereich die Schmelze leitet oder nicht. Zumindest die generelle Form der Schmelzkurve scheint aber gut belegt.
Durch welchen molekularen Mechanismus die C-Schmelze ihre Dichte erhöhen kann, geht aus dem Paper nicht hervor. Immerhin deuten manche Experimente auf einen Wechsel in der Bindungsart hin; in Frage kommen ein-, drei- oder vierbindiger Kohlenstoff. Wenn z.B. bei T<4500 °C die Schmelze aus festen C₂-Molekülen bestünde (Koordinationszahl 1) und bei höheren aus C-Atomen mit 3 oder 4 ständig wechselnden Bindungspartnern, dann könnte das durchaus zu einer Volumskontraktion führen. Andererseits zieht sich die anomale Schmelzkurve aber bis zum Diamant hin, und ich kann mir nicht vorstellen, daß eine C-Schmelze dichter als ein Diamant sein kann. Wie soll diese Flüssigkeit denn bitte aussehen, etwa mit sechsfach koordiniertem Kohlenstoff? Oder gleich Koordinationszahl 12 wie in einer Metallschmelze?
Eine wirkliche Antwort ist das nicht, aber vielleicht ein paar Gedanken zum Anfang.
Das rote Kästchen steht für die Stelle wo Graphit industriell in Diamant umgewandelt wird (wenn ich mich nicht irre).
Ja, ich war bloß überrascht, weil ich dachte das Phänomen wäre die Ausnahme. Ich hätte mir also nicht erwartet bei einem so "gewöhnlichen" Element wie C die Dichteanomalie schon wieder zu treffen...