Grafit

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Grafit
próbka minerału struktura krystaliczna
próbka minerału struktura krystaliczna
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
Wikimedia Commons

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.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

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.

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

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.

Budowa grafitu i jego właściwości[edytuj | edytuj kod]

Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych o wielkiej liczbie skondensowanych pierścieni. Podobnie jak w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego wiązania 1,5-krotnego. 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 relatywnie dużą 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.

Mikrokryształy 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.

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 86. Boca Raton, Ann Arbor, Londyn, Tokio: CRC Press, Inc., 2006, s. 12-212.
  2. MOHS HARDNESS SCALE. [dostęp 2009-10-29].
  3. "Encyklopedia fizyki" praca zbiorowa PWN 1973 t. 1
  4. Graphite. [dostęp 2009-10-28].
  5. Abrasives. [dostęp 2009-10-28].
  6. George S. Brady: Materials handbook. The McGraw-Hill Companies. ISBN 0-07-136076-X.
  7. Rustu S. Kalyoncu: Graphite. 1998. [dostęp 2009-10-28].
  8. 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]
  9. 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].