Grafit
| Grafit | |||||
|
|||||
| Właściwości chemiczne i fizyczne | |||||
| Skład chemiczny | C | ||||
| Twardość w skali Mohsa | w zakresie 0,5–2[8] | ||||
| Łupliwość | doskonała, jednokierunkowa | ||||
| Układ krystalograficzny | heksagonalny lub trygonalny (w zależności od politypu) | ||||
| Gęstość minerału | 2,09 do 2,23 g/cm³ | ||||
| Właściwości optyczne | |||||
| Barwa | czarna, ciemnoszara | ||||
| Rysa | ciemnoszara, czarna, błyszcząca | ||||
| Połysk | półmetaliczny | ||||
Grafit – pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Stosowany jako naturalny suchy smar. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.
Spis treści |
[edytuj] Właściwości
- Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło
- Odporny na wysoką temperaturę
W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy grafitu. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzący.
[edytuj] Występowanie
Powstaje w wyniku zmetamorfizowania skał, jako produkt końcowy przemiany substancji organicznych bogatych w węgiel. Pojawia się także w pegmatytach i żyłach hydrotermalnych. Niekiedy bywa znajdowany wśród granitów, porfirów, gabr, granulitów. Współwystępuje z pirytem, markasytem, kalcytem.
Polska – Tworzy znaczne nagromadzenia w postaci łupków grafitowych w okolicach Stronia Śląskiego oraz wkładki skał grafitowych napotykane koło Strzelina, Dzierżoniowa, Wałbrzycha i Bystrzycy Kłodzkiej. Występuje w wielu różnych skałach metamorficznych (m.in. w łupkach krystalicznych Tatr Zachodnich).
Miejsca występowania: Sri Lanka – największe złoża grafitu, Madagaskar, Rosja – Syberia, USA – Ogdensburg, Edison, Alabama (najpiękniejsze kryształy grafitu pochodzą z Sterling Hill w New Jersey), Kanada – Quebec, Meksyk – Sonora, Niemcy – Bawaria.
[edytuj] Budowa grafitu i jego właściwości
Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do benzenu. Podobnie jak w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego, "1,5 krotnego" wiązania aromatycznego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne.
Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania. Ich charakter tradycyjnie określany jako oddziaływania Van der Waalsa w istocie jest słabym oddziaływaniem metalicznym. Metaliczny charakter wiązania w połączeniu z relatywnie małą ilością biorących w nim udział elektronów (ok. 1 na 10 tys. atomów) i wielką ruchliwością powoduje, że siła wiązania warstw jest zbliżona do tej charakterystycznej dla oddziaływań Van der Waalsa, a jednoczesnie przewodność elektryczna w kierunku prostopadłym do płaszczyzn grafitowych jest o kilka rzędów wielkości większa od przewodności charakterystycznej dla kryształów Van der Waalsa (kryształów molekularnych)[9].
Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych. Np: Monokryształy grafitu przewodzą dobrze prąd elektryczny w kierunku równoległym do warstw i znacznie gorzej w kierunku prostopadłym.
Ze względu na to, że grafit techniczny jest zlepkiem niewielkich monokryształów, wykazuje on wysoką odporność mechaniczną na ściskanie i niewielką na rozciąganie i ścinanie. Jest więc jednocześnie twardy, łupliwy i podatny na ścieranie. Te szczególne własności mechaniczne powodują, że grafit posiada wyjątkowe dobre własności smarujące. Podczas poddawania go siłom ścinającym jakie występują między obracającymi się kołami zębatymi, lub kołami zębatymi i łańcuchem, ulega on rozdrobnieniu do postaci proszku, o mikrometrycznych rozmiarach drobin. Każda z tych drobin zachowuje jednak dużą odporność na ściskanie co prowadzi do zjawiska supersmarowania.
Mikrokryształki grafitu są głównym składnikiem sadzy. Również w strukturze węgla kamiennego występują grafitopodobne struktury przedzielone fazą amorficzną. Czysty grafit otrzymuje się w przemyśle przez kontrolowaną pirolizę antracytu w atmosferze azotu.
[edytuj] Zastosowanie
- ma znaczenie naukowe – służy do określania genezy skał metamorficznych.
- do wyrobu suchych smarów
- do wyrobu cegieł ogniotrwałych
- grafit do ołówków
- czarne farby chroniące ołów przed korozją
- naczynia ognioodporne
- elektrody
- jako zbrojenie materiałów kompozytowych
- trzonki kijów golfowych typu driver
- tygle ogniotrwałe
- część ślizgowa pantografów
- środki polerskie
- w reaktorach jądrowych pręty grafitu spełniają rolę moderatora.
Przypisy
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 86. Boca Raton, Ann Arbor, Londyn, Tokio: CRC Press, Inc., 2006, s. 12-212.
- ↑ MOHS HARDNESS SCALE. [dostęp 2009-10-29].
- ↑ "Encyklopedia fizyki" praca zbiorowa PWN 1973 t. 1
- ↑ Graphite. [dostęp 2009-10-28].
- ↑ Abrasives. [dostęp 2009-10-28].
- ↑ George S. Brady: Materials handbook. The McGraw-Hill Companies. ISBN 0-07-136076-X.
- ↑ Rustu S. Kalyoncu: Graphite. 1998. [dostęp 2009-10-28].
- ↑ Przykładowe wartości: 0,5[1]; 0,5–0,9[2], 1[3]; 1–1,5[4]; 0,5–1[5]; grafit naturalny: 1–2, czasami mniej niż 1[6]; 1–2[7]
- ↑ Franciszek Rozpłoch, Jaromir Patyk, Jan Stankowski. Graphenes Bonding Forces in Graphite. „Acta Physica Polonica A”. 112 (3), s. 557-562, 2007. Institute of Physics, Polish Academy of Science. ISSN 0587-4246 (ang.). [dostęp 2010-09-19].
|
|||||
