Grafit: gęstość, właściwości, funkcje i rodzaje aplikacji

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Grafit to substancja występująca naturalnie. Jest to jedna z modyfikacji węgla, która charakteryzuje się pewną siecią krystaliczną. To decyduje o właściwościach grafitu. Węgiel występuje w przyrodzie w dwóch głównych formach. Są to grafit i diament. Ich wzór chemiczny jest identyczny, ale ich właściwości fizyczne są radykalnie różne.

To struktura sieci krystalicznej wpływa na te cechy. Ma swobodne elektrony, które określają fizyczne właściwości materii. Grafit, którego gęstość, rodzaje i zakres są interesujące dla wielu branż, warto rozważyć bardziej szczegółowo.

Podstawowe funkcje

Grafit to szara substancja o metalicznym połysku. Posiada wysoką przewodność cieplną (3,55 W/deg./cm). Dzięki temu grafit jest aktywnie wykorzystywany w różnych gałęziach przemysłu. Liczba ta jest wyższa niż w przypadku cegły, co tłumaczy się obecnością ruchomych elektronów w sieci krystalicznej. Przyczyniają się również do dobrej przewodności elektrycznej. We wszystkich stanach skupienia substancja ta charakteryzuje się niską rezystancją prądową (od 0,4 do 0,6 oma).

Grafit jest substancją obojętną, która nie jest rozpuszczana przez aktywne chemicznie składniki. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy dostanie się do ośrodka roztopionego metalu o wysokiej temperaturze wrzenia. Grafit w takich warunkach topi się całkowicie, tworząc węgliki.

Niski współczynnik tarcia i wysoka temperatura topnienia zapewniają dobre właściwości uszczelniające. Gęstość grafitu (kg/m3) wynosi 2,23, ale jednocześnie materiał dobrze się wygina i tnie.

Struktura

Biorąc pod uwagę gęstość grafitu, właściwości i rodzaje, należy zwrócić uwagę na jego strukturę. To jest substancja warstwowa. Jego atomy węgla układają się w sieć krystaliczną podobną do plastra miodu. Sześciokąty w jednej warstwie ściśle do siebie pasują. Jednak związek między każdym poziomem jest słaby. To właśnie ta cecha ułatwia rozbijanie grafitu.

W skali Mohsa twardość materiału wynosi jeden. Dla porównania wskaźnik ten dla diamentu wynosi 10, a dla kamionki porcelanowej 5. Według naukowców w temperaturze 1500 ° C sieć krystaliczna grafitu może zostać przekształcona w diament.

Podczas przetwarzania przemysłowego zmienia się struktura materii. Jednocześnie różne gatunki grafitu mają różne właściwości. Jeśli wyekstrahowany materiał nie został sztucznie przetworzony, jest to substancja naturalna.

Naturalny grafit

Grafit, którego gęstość i właściwości różnią się znacznie w zależności od marki producenta, występuje w warunkach naturalnych w 2 głównych wariantach. Pierwszy typzwany sześciokątnym. Ma sieć krystaliczną, w której połowa atomów w każdej warstwie znajduje się powyżej i poniżej środka sześciokąta.

Druga modyfikacja to romboedry. Co czwarta warstwa powtarza pierwszą. Ta modyfikacja występuje w naturze tylko w postaci zanieczyszczeń. Jeśli ta substancja zostanie podgrzana w temperaturze 2500-3300 K, jej sieć krystaliczna zamieni się w sześciokątną. W warunkach naturalnych materiał częściej występuje w tej formie.

Skład

W naturze grafit nigdy nie występuje w czystej postaci. Zawiera dość dużą ilość popiołu (czasami do 20%). Składa się z wielu różnych związków (FeO, MgO, CuO, CaO itp.). Gazy mogą zajmować do 2% masy w graficie naturalnym. Może być również obecny bitum i woda.

Gęstość proszku grafitowego zmienia się w zależności od dyspersji, obecności porów. Powyższą wartość można zmniejszyć do 2,09 kg/m3. Grafit jest tłusty w dotyku. Jeśli weźmiesz go rękami, na palcach pozostanie charakterystyczny ślad. Dlatego z takiego materiału powstają pręty do prostego ołówka. Pozostawia wyraźny ślad na papierze.

Sztuczny grafit

W produkcji bardzo ważne jest rozważenie gęstości grafitu. Fizyka wyjaśnia, że im większa gęstość tej substancji, tym większa jej przewodność cieplna. Sztuczny grafit charakteryzuje się wysoką czystością (do 99%). To również znacznie zwiększa gęstość materiału.

Produkcja grafitu rafinowanego odbywa się pod wpływem czynników termochemicznych i termomechanicznych. Dla każdej gałęzi produkcji wytwarzana jest substancja o określonym zestawie właściwości. Umożliwia to zaspokojenie potrzeb przemysłu w graficie o określonych właściwościach fizycznych.

Oznakowanie sztucznych substancji obejmuje podział typów materiałów według miejsca przeznaczenia. Istnieją grafit odlewniczy, elektrowęglowy, akumulatorowy, pierwiastkowy, smarny i ołówkowy. Istnieją również specjalne gatunki stosowane w reaktorach jądrowych.

Zakres zastosowania

Podczas produkcji ustalane są określone właściwości grafitu. Stosowanie tej substancji zależy wyłącznie od nich. Grafit znajduje zastosowanie w metalurgii do produkcji form ogniotrwałych lub kadzi, pojemników. W procesie odlewania proszek z prezentowanej substancji służy jako środek poślizgowy. Jednym ze składników cegieł ogniotrwałych jest również grafit. Jest dodawany do mieszanki w produkcji tworzyw sztucznych.

Ten materiał jest również używany do produkcji styków urządzeń elektrycznych. Jest to ułatwione dzięki właściwościom przewodzącym prąd substancji.

Ołówki grafitowe są znane chyba każdemu. Materiał ten wykorzystywany jest również do produkcji niektórych rodzajów farb. W tym przypadku jest to czarny (a nie szary) grafit. Ta farba ma właściwości antykorozyjne.

Sztuczne diamenty pozyskiwane są z prezentowanego naturalnego minerału. Są używane, gdyprodukcja narzędzi skrawających o dużej wytrzymałości. W inżynierii mechanicznej proszek grafitowy pełni rolę materiału na łożyska, a także pierścienie tłokowe i uszczelniające. Jako smar nadaje się do obróbki łańcuchów rowerowych, resorów samochodowych, zawiasów drzwiowych.

Nawet wiele leków zawiera grafit.

Zastosowania żywności

Prezentowana substancja ma również szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym. Aby to zrobić, podczas produkcji przechodzi pewne przetwarzanie. Gęstość żelaza, alkoholu etylowego, grafitu i cukru z oczywistych względów jest inna. Ale prezentowany materiał może zarówno zawierać, jak i być częścią niektórych substancji. Znajduje się w parafinach, estrach, alkoholu, a nawet cukrze.

Można to zweryfikować za pomocą prostego eksperymentu. Najpierw musisz wziąć kawałek cukru. Umieszcza się go na twardym wieczku i przykrywa nakrętką (można użyć naparstka). Następnie metal, którym pokryty jest cukier, jest mocno podgrzewany. Z czasem spod naparstka będzie wydobywał się gryzący dym. Jeśli przyniesiesz do niego zapałkę, gaz się spali.

Gdy dym przestanie się wydobywać, możesz wyjąć naparstek. Na wieczku znajduje się czarna masa. To jest węgiel. Jest to węgiel, z którego wykonany jest grafit.

Przebywanie na łonie natury

Grafit, którego gęstość zależy od czystości, występuje w naturze w dość dużych ilościach. Na całym świecie wydobywa się rocznie około 600 tysięcy ton tej substancji. Największyjej rezerwy są skoncentrowane w Meksyku, Czechach, Chinach, Ukrainie, Brazylii, Rosji, Kanadzie i Korei Południowej.

Od czasów starożytnych złoża grafitu wzbudzały zainteresowanie ludzkości. Dziś te zasoby naturalne są rozwijane, aby dostarczać przemysłowi materiały o wymaganych właściwościach. Grafit występuje w granitach, skałach wapiennych, mice czy gnejsie w postaci wtrąceń włóknistych lub krystalicznych. Wydobycie prowadzone jest metodami odkrywkowymi i podziemnymi.

Koszt grafitu

Grafit, którego gęstość i czystość wpływa na jego wartość, jest obecnie sprzedawany po dość rozsądnych cenach. Wpływa na to wielkość kryształów, a także zawartość węgla. Im jest wyższy, tym grafit droższy. Przy wystarczająco wysokiej zawartości węgla zwiększają się właściwości fizyczne materiału. Jest to cenne dla przemysłu w wielu różnych branżach.

Dzisiaj średni koszt grafitu wynosi około 45 rubli/kg. Jeśli został przetworzony sztucznie, koszt znacznie wzrośnie. Również cena naturalnego minerału zależy od lokalizacji złoża.

Po zapoznaniu się z głównymi właściwościami i właściwościami grafitu możemy stwierdzić, że zarówno koszt, jak i właściwości techniczne materiału zależą od jego gęstości. Dlatego minerał wydobywany w naturze podlega dalszej obróbce. To poprawia jego właściwości.