Warum ist Diamant transparent, Graphit jedoch nicht?

Die Antwort liegt in der Bandstruktur der beiden Materialien. Die Bandstruktur beschreibt, wie die Elektronen in einem Festkörper gebunden sind und welche anderen Energiezustände ihnen zur Verfügung stehen.

Ganz einfach, die Bandlücke für transparente Diamanten ist sehr groß (siehe diesen Link ):

Normalerweise ist Diamant kein Leiter: Alle Elektronen leben im "Valenzband", und Sie benötigen ein Photon mit einer Energie von mindestens 5,4 eV, um ein Elektron in das Leitungsband zu schieben. Dabei würde dieses Photon absorbiert werden. Ein Photon mit weniger Energie kann seine Energie nicht an ein Elektron abgeben, weil dieses Elektron "nirgendwo hingehen kann". Und da sichtbares Licht Energien zwischen 1,65 und 3,1 eV hat, haben nur UV-Photonen genug Energie, um von reinem Diamant absorbiert zu werden.

Derselbe Link beschreibt auch, wie Verunreinigungen in Diamanten Farbe erzeugen: Stickstoffatome erzeugen zum Beispiel ein „mittleres“ Energieniveau, und dies führt zu energiereicheren Elektronen, die die Lücke zum Leitungsband überspringen und Licht absorbieren könnten.

Im Gegensatz dazu ist Graphit ein Leiter. Als Leiter hat es bereits Elektronen im Leitungsband. Sie wissen das, denn selbst eine winzige Spannung führt zu einem Strom - dies sagt uns, dass die Elektronen nicht zuerst in das Leitungsband "gehoben" werden mussten. Und da Elektronen jede Menge Energie leicht absorbieren, absorbiert das Material alle Wellenlängen des Lichts: Dadurch wird es schwarz.

Diamanten sind im Vergleich zu Kohle (oder genauer Graphit) instabil, daher sind hohe Temperaturen und Drücke erforderlich, damit sich Diamanten aus Graphit bilden. Der Grund, warum Kohle (Graphit) schwarz und Diamanten klar sind, hat damit zu tun, wie die Kohlenstoffatome in den beiden verschiedenen Kohlenstoffformen miteinander verbunden sind. In Diamant ist jedes Kohlenstoffatom wie die Spitzen einer Pyramide an seine Nachbarn gebunden. In Graphit (Kohle) sind die Atome in flachen Ebenen miteinander verbunden. Die flachen Ebenen können Licht aller Wellenlängen (Farben) absorbieren, während die Pyramiden in Diamanten kein sichtbares Licht absorbieren können und daher transparent sind. Der Grund für den Unterschied besteht darin, dass die Elektronen in den großen flachen Graphitplatten alle bei vielen Frequenzen „wackeln“ können, aber die fest gebundenen und eingeschränkten Elektronen im Diamanten nicht frei sind. Graphit besteht aus flachen Kohlenstoffschichten ähnlich wie Schiefer und bewegt sich im Grunde in alle Richtungen bis zum Ende der Schicht. Diamant ist ein 7-Kohlenstoff-Kristall, der dreidimensional ist und dem Kristall daher lichtbrechende Eigenschaften verleiht. Farbe entsteht durch Lichtabsorption oder Lichtreflexion. Schwarz bedeutet, dass alle möglichen Farben absorbiert werden und Weiß bedeutet, dass alle Farben reflektiert werden. Im Fall von Diamanten ist es klar, weil Licht durch ihn hindurchgeht. Graphit besteht aus flachen Kohlenstoffschichten ähnlich wie Schiefer und bewegt sich im Grunde in alle Richtungen bis zum Ende der Schicht. Diamant ist ein 7-Kohlenstoff-Kristall, der dreidimensional ist und dem Kristall daher lichtbrechende Eigenschaften verleiht. Farbe entsteht durch Lichtabsorption oder Lichtreflexion. Schwarz bedeutet, dass alle möglichen Farben absorbiert werden und Weiß bedeutet, dass alle Farben reflektiert werden. Im Fall von Diamanten ist es klar, weil Licht durch ihn hindurchgeht.