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
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
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
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
.
Zastosowanie
Przypisy
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 86.
Boca Raton
,
Ann Arbor
,
Londyn
,
Tokio
: CRC Press, Inc., 2006, ss. 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. .
- ↑ 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), ss. 557-562 (2007). Institute of Physics, Polish Academy of Science.
ISSN
0587-4246
(
ang.
). [dostęp 2010-09-19].