Charakterystyka minerału
Grafit
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
Własności 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.

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.

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

• 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
• farby
• część ślizgowa pantografów
• środki polerskie
• w reaktorach jądrowych pręty grafitu spełniają rolę moderatora .

Przypisy