Die dunkle Mine eines gewöhnlichen Holzbleistifts enthält Graphit. Beim Schreiben werden winzige graphithaltige Teilchen abgerieben und bleiben auf dem Papier zurück. Graphit besteht aus fest verbundenen Atomschichten, zwischen denen die Anziehung viel schwächer ist. Deshalb können sich dünne Stückchen ablösen.
Beim Schreiben verbraucht sich die Spitze nach und nach. Die dunkle Spur ist Material aus der Mine. Um zu verstehen, warum das klappt, schauen wir auf den Aufbau von Graphit.
Graphit besteht aus Schichten
Graphit ist eine Form des Elements Kohlenstoff. Seine Atome sind innerhalb einer Schicht zu einem Netz aus Sechsecken verbunden, ähnlich einem winzigen Wabenmuster. In diesem Netz halten starke chemische Bindungen die Atome zusammen.
Viele solcher Schichten liegen übereinander. Zwischen ihnen ist die Anziehung deutlich schwächer als innerhalb einer Schicht. Schichten können deshalb gegeneinander gleiten und sich voneinander lösen. Eine einzelne, nur ein Atom dicke Schicht nennt man Graphen.
Die Mine gibt kleine Teilchen ab
Wenn du die Spitze über Papier bewegst, wirken Druck und Reibung an der Kontaktstelle. Kleine graphithaltige Stückchen lösen sich aus der Mine und lagern sich auf der Papieroberfläche ab. Zusammen ergeben sie den sichtbaren Strich.
Ein Stückchen kann viele Atomschichten enthalten. Ein normaler Bleistiftstrich ist also keine gleichmäßige Schicht aus nur einer Atomlage. Die graue Spur besteht aus sehr vielen kleinen Ablagerungen; die Mine wird dabei allmählich kürzer.
Warum sind manche Minen härter?
Die Mine eines gewöhnlichen Holzbleistifts enthält vor allem Graphit und Ton sowie je nach Herstellung weitere Zusätze. Mehr Ton macht die Mischung im Allgemeinen härter. Härtere Minen hinterlassen bei vergleichbarem Schreiben meist hellere Spuren; weichere oft dunklere.
Auch Druck, Spitzenform und Papier beeinflussen den Strich. Bei unserem Vergleich unten bleibt deshalb derselbe Bleistift auf demselben Papier im Einsatz. Nur die Zahl der Striche wird verändert.
Dieselben Atome, andere Eigenschaften
Auch Diamant besteht aus Kohlenstoff. Dort bilden die Atome ein stark verbundenes räumliches Netz statt leicht trennbarer Schichten. Deshalb ist Diamant sehr hart, während Graphit sich leicht abreiben lässt.
Welche Atome ein Stoff enthält, erzählt also nur einen Teil seiner Geschichte. Wie sie miteinander verbunden und angeordnet sind, prägt seine Eigenschaften ebenfalls. Das kannst du schon an einem gewöhnlichen Bleistift entdecken.
Einmal zeichnen oder fünfmal?
- Lege ein Blatt unbeschichtetes weißes Zeichen- oder Schreibpapier auf eine feste Unterlage. Nimm einen gewöhnlichen Graphitbleistift und beschrifte zwei freie Stellen am Rand mit „einmal“ und „fünfmal“. Verwende für beide Stellen denselben Stift.
- Ziehe an der ersten Stelle einen etwa fünf Zentimeter langen Strich. Zeichne daneben einen gleich langen Strich und fahre dort vier weitere Male möglichst genau darüber. Halte Stiftwinkel und leichten Druck ähnlich; drücke nicht stärker, um eine bestimmte Farbe zu erzwingen.
- Vergleiche beide Spuren unter derselben Beleuchtung, gern mit einer Lupe. Ist die mehrfach überzeichnete Spur dunkler oder gleichmäßiger? Notiere auch ein unerwartetes Ergebnis. Die Spitze verändert sich beim Zeichnen mit: Der Vergleich zeigt Ablagerungen, misst aber weder ihre Masse noch die Dicke einzelner Atomschichten.
Benutze den Bleistift nur auf Papier und halte die Spitze von Augen und Mund fern. Zerbrich, zermahle oder erhitze die Mine nicht. Falls der Stift gespitzt werden muss, lass dir bei Bedarf von einer erwachsenen Person helfen. Wasche anschließend die Hände.
Zum Mitnehmen
Ein Bleistiftstrich besteht aus abgeriebenem Material der Mine. Die schwächere Anziehung zwischen den festen Kohlenstoffschichten hilft Graphit, kleine Stückchen abzugeben.
Was bildet hauptsächlich die graue Spur eines Graphitbleistifts?
Quellen & Weiterlesen
American Chemical Society · The Secret Science of Pencils & Erasers ↗OpenStax / Rice University · Chemistry 2e: The Solid State of Matter ↗The University of Manchester · Graphene: History and atomic structure ↗Royal Society of Chemistry · Carbon: Uses and properties ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
