какое строение имеет графит

Графит

Графит — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита. Различают месторождения кристаллического графита, связанного с магматическими горными породами или кристаллическими сланцами, и скрытокристаллического графита, образовавшегося при метаморфизме углей.

СТРУКТУРА

Гексагональная кристаллическая полиморфная (аллотропная) модификация чистого углерода, наиболее устойчивая в условиях земной коры. Слои кристаллической решетки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный вид симметрии), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический в.с.). Кристаллическая решетка графита — слоистого типа. В слоях атомы С расположены в узлах гексагональных ячеек слоя. Каждый атом С окружен тремя соседними с расстоянием 1,42Α

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m). Различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтобы показать его слоистую структуру.

β-графит в чистом виде не наблюдается, так как является метастабильной фазой. Однако, в природных графитах содержание ромбоэдрической фазы может достигать 30 %. При температуре 2500-3300 К ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.

СВОЙСТВА

Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твёрдостью (1 по шкале Мооса). Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного твёрже, и становится очень хрупким. Плотность 2,08—2,23 г/см³. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10—12 % примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).

Теплопроводность графита от 278,4 до 2435 Вт/(м*К), зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры.

Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна, в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300—1300 К, причём положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.

Коэффициент теплового расширения графита до 700 К отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение с повышением температуры уменьшается. Выше 700 К коэффициент теплового расширения становится положительным. В направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, коэффициент теплового расширения положителен, практически не зависит от температуры и более чем в 20 раз выше среднего абсолютного значения для базисных плоскостей.

Монокристаллы графита диамагнитны, магнитная восприимчивость незначительна в базисной плоскости и велика в ортогональных базисным плоскостях. Коэффициента Холла меняется с положительного на отрицательный при 2400 К.

МОРФОЛОГИЯ

Хорошо образованные кристаллы редки. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые, кривогранные, обычно имеют пластинчатую несовершенную форму. Чаще бывает представлен листочками без кристаллографических очертаний и их агрегатами. Образует сплошные скрытокристаллические, листоватые или округлые радиально-лучистые агрегаты, реже — сферолитовые агрегаты концентрически-зонального строения. У крупнокристаллических выделений часто наблюдается треугольная штриховка на плоскостях (0001).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических горных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах — кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Акцессорный минерал метеоритов.
Сопутствующие минералы: кварц, пирит, гранаты, шпинель.

ПРИМЕНЕНИЕ

Для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов.
Применяется в электродах, нагревательных элементах — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов).
Для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений, твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках, наполнитель пластмасс.

Является замедлителем нейтронов в ядерных реакторах, компонентом состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином).
Используется для получения синтетических алмазов, в качестве эталона длины нанометрового диапазона для калибровки сканеров сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа, для изготовления контактных щёток и токосъёмников для разнообразных электрических машин, электротранспорта и мостовых подъёмных кранов с троллейным питанием, мощных реостатов, а также прочих устройств, где требуется надёжный подвижный электрический контакт, для изготовления тепловой защиты носовой части боеголовок баллистических ракет и возвращаемых космических аппаратов.

Источник

Структура и состав графита

Структура имеет свои определенные особенности. Атомы углерода ковалентно связаны между собой.

Модификаций природного минерала существует две:

Химический состав графита не отличается чистотой. В большом количестве (до 10-20%) присутствует зола, состоящая из разных составляющих (FeO, SiO2, Аl2O3, MgO, Р2О5, CuO, СаО и др.), газы (до 2%) и битумы, иногда вода.

Цвет преобладает железно-черный, доходя до стально-серого. Имеет сильный металловидный блеск; скрытокристаллические агрегаты не блестят, матовые. Показатель преломления графита Nm==l,93-2,07. На ощупь жирный, оставляет след на бумаге и пальцах. Удельный вес графита 2,09-2,23 (меняется исходя от степени дисперсности и присутствия тончайших пор), у шунгита 1,84-1,98. Обладает высокой электропроводностью, что связано с очень плотным расположением атомов в листах.

Графит не плавится, если накаливать в струе кислорода, то сгорает тяжелее в сравнении с алмазом. Улетучивается лишь в пламени вольтовой дуги, не плавясь. В кислотах не растворяется. В смеси с KNO3 порошок при нагревании дает вспышку.

Графит в природе

В природе содержится в гранитах, пирите. Он образуется в магматических и вулканических горных породах, скарнах и пегматитах при высоких температурах, встречается в кварцевых жилах с различными материалами, широко распространен в мраморе, кристаллических сланцах, гнейсах. В результате пиролиза под воздействием на каменноугольные отложения траппов образуются крупные залежи природного минерала.

Источник

Графит, типы, марки, структура, свойства и применение

Графит, типы, марки, структура, свойства и применение.

Графит – это природный материал, относящийся к классу самородных элементов, аллотропная модификация углерода.

Описание графита:

Графит широко распространен в природе как минерал. Он встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию.

Природный графит по своему химическому составу не отличается чистотой. В большом количестве (до 10-25%) в нем присутствует зола, состоящая из разных составляющих (Fe₂O₃, SiO₂, Аl₂O₃, MgO, Р₂О5, CuO, СаО и др.), газы (до 2%) и битумы, иногда вода.

Также графит получается искусственным путем различными способами. Например, нагреванием смеси кокса и пека до 2 800 °C.

Типы и марки графита:

В соответствии с ГОСТ 17022-81 «Графит. Типы, марки и общие технические требования» выделяют следующие минералогические типы графита:

Этим же ГОСТом предусмотрены следующие марки графита: ГСМ-1, ГСМ-2, ГАК-1, ГАК-2, ГАК-3, ГК-1, ГК-2, ГК-3, ГС-1, ГС-2, ГС-3, ГС-4, П, ЭУЗ-М, ЭУЗ-II, ЭУЗ-III, ЭУТ-I, ЭУТ-II, ЭУТ-III, ГТ-1, ГТ-2, ГТ-3, ГЭ-1, ГЭ-2, ГЭ-3, ГЭ-4, ГЛ-1, ГЛ-2, ГЛ-3, ЭУН, ГЛС-1, ГЛС-2, ГЛС-3, ГЛС-4.

Им соответствуют следующие виды использования (потребления) графита:

– графит специальный малозольный,

– графит кристаллический электроугольный,

– графит кристаллический литейный,

– графит скрытокристаллический электроугольный,

– графит скрытокристаллический литейный.

Структура и кристаллическая решетка графита:

Графит имеет слоистую, плоскую структуру. Отдельные слои графита называются графеном. Каждый слой кристаллической решетки графита может по-разному располагаться по отношению друг к другу, образуя политипы.

В каждом слое атомы углерода расположены в гексагональной решетке на расстоянии 0,142 Нм, а расстояние между плоскостями графена составляет 0,335 Нм.

Атомы углерода, расположенные в одной плоскости слоя, связаны между собой ковалентной связью. Углерод имеет четыре свободных электрона. Однако в ковалентной связи задействованы только три электрона из четырех, поэтому каждый атом углерода связан только с тремя атомами углерода. Четвертый электрон свободно мигрирует в плоскости, делая графит электропроводящим в направлении, параллельном плоскости. Электропроводность графита в направлении перпендикулярно плоскости слоя, наоборот, в сотни раз меньше.

Между собой слои графена в графите скреплены слабыми Вандерваальсовыми силами, которые позволяют слоям графита легко быть отделенными друг от друга.

Известны две формы графита: альфа-графит (имеет гексагональную структуру и кристаллическую решетку) и бета-графит (имеет ромбоэдрическую структуру и кристаллическую решетку). Обе формы графита имеют очень схожие физические свойства, за исключением того, что слои графена у каждой формы графита укладываются несколько по-разному.

Рис. 1. Альфа-графит

У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника, а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый.

Рис. 2. Бета-графит

Альфа-графит может быть преобразован в бета-форму с помощью механической обработки. Бета-форма переходит в альфа-форму при нагревании графита свыше 1300 °C.

Свойства графита:

– электрическая проводимость графита анизотропна (т.е. зависит от направления внутри самого графита). Он хорошо проводит электрический ток в направлении, параллельном базисной плоскости. В этом случае его электропроводность близка к металлической. В перпендикулярном направлении электропроводность в сотни раз меньше.

– обладает низкой твёрдостью. Твердость школе Мооса 1.

– относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного более твёрдым и очень хрупким,

– плотность 2,08-2,23 г/см³,

– легко поддается механической обработке,

– цвет от железо-черного до стально-серого, блеск металлический,

– жирный (скользкий) на ощупь, оставляет след на бумаге и пальцах,

– при трении графит расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах),

– обладает достаточно большой теплопроводностью. Теплопроводность графита анизотропна. Она составляет от 100 до 354,1 Вт/(м*К) и зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры,

– коэффициент теплового расширения графита также анизотропен и зависит от температуры. До 700 К коэффициент теплового расширения графита отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение с повышением температуры уменьшается. Выше 700 К коэффициент теплового расширения становится положительным. В направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, коэффициент теплового расширения положителен, практически не зависит от температуры и более чем в 20 раз выше среднего абсолютного значения для базисных плоскостей,

– обладает высоким диамагнетизмом,

– химически малоактивен,

– обладает химической стойкостью. Кислотоупорен,

– при высокой температуре реагирует с кислородом, сгорая до углекислого газа,

– образует соединение включения с щелочными металлами, солями.

Физические свойства графита:

Применение и использование графита:

Области использования и применения графита:

– для изготовления активных масс и щелочных аккумуляторов и масс для графитированных антифрикционных изделий из цветных металлов,

– для изготовления аккумуляторных изделий специального назначения,

– для изготовления масс графитированных антифрикционных изделий из цветных металлов,

– для изготовления карандашей чертежной и канцелярской групп,

– для изготовления карандашей канцелярской, школьной и копировальной групп,

– для изготовления консистентных смазок для открытых шестерен прокатных станов, рессор автомобилей и других высоконагруженных узлов трения,

– для производства электроугольных изделий,

– для изготовления огнеупорных графитокерамических изделий,

– для производства первичных химических источников тока,

– для припыла рабочих поверхностей форм и стержней при получении отливок сложной конфигурации, требующих особо чистой поверхности,

– для припыла рабочих поверхностей форм и стержней при получении отливок средней сложности,

– для изготовления противопригарных покрытий при получении отливок,

– в металлургическом производстве,

– для изготовления изделий специального назначения,

© Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com,

какой цвет натуральный матовый серый темный белый черный графит купить фото кристаллическая решетка химическая формула спб имеет вода тип простое элемент
свойства форма марки виды строение применение графита цена модификация
графитом является
аллотропное видоизменение алмаз графита

Источник

Свойства графита

Слово графит в переводе с греческого обозначает «пишу». Минерал с таким названием у природе образуется при высокой температуре в вулканических горных породах.

Характеристики графита

Графит является представителем класса самородных элементов высокой прочности. Его структура обладает большим количеством слоев.

В природе встречается два вида графита:

По величине кристаллов и по их расположению относительно друг друга в природе встречаются следующие типы графитов:

У графита структура является достаточно слоистой. Каждый из слоев обладает волнистой формой. Она является слабовыраженной.

Графит представляет собой один из элементов, который состоит преимущественно из кристаллов разных размеров. Они имеют пластичную структуру и небольшие чешуйки по краям. По своей прочности они могут сравниться алмазами.

Кристаллическая решетка графита состоит из большого количества слоев, которые имеют различное расположение относительно друг друга.

Сегодня не редко производится искусственный графит, который создается из смеси различных веществ. Он используется в разных отраслях человеческой жизнедеятельности. Графит, полученный искусственным путем, обладает большим количеством видов.

В современном мире планируется из графита добывать золото. Ученые выяснили, что в одной тонне графита содержится примерно 18 граммов золота. Данное количество золотой руды присуще золотым месторождениям. В настоящее время получать золото из графита есть возможность не только в нашей стране, но и в других государствах мира.

Физические свойства графита

Одним из главных свойств графита является его способность проводить электрический ток. Его физические свойства отличаются от параметров алмаза тем, что у него не такой высокий уровень твердости. Его структура является изначально довольно мягкой. Однако после нагревания она становится твердой и хрупкой. Материал начинает рассыпаться.

Физические свойства графита являются следующими:

Это далеко не все свойства графита. Есть еще параметры, которые делают этот элемент уникальным.

Графиту присущи следующие характеристики:

Внимание: Единственный параметр из всех характеристик графита, который зависит от вида элемента, является теплопроводность графита. Она составляет 278,4 до 2435 Вт/(м*К).

Таблица. Физические свойства графита.

Добыча графита

Добыча графита является сложным процессом. Для этого создано большое количество разновидностей оборудования. Оно используется для добычи и дробления элемента. Залежи графита обычно находятся глубоко под землей. Именно по этой причине чаще всего используются бурильные установки, которые позволяют добраться до месторождения этого элемента.

Применение графита

Как известно такой материал, как графит обладает большим количеством уникальных качеств. Именно они обуславливают сферы его применения. Благодаря тому. что данный материал обладает устойчивостью к высоким температурам его применяют для производства футеровочных плит.

Применение графита используется и в сфере ядерной промышленности. Там он играет важную роль при замедлении нейтронов.

Получение алмаза из графита тоже возможно. В современном мире есть возможность получать синтетический алмаз, который по своим качествам и внешнему виду будет напоминать природный материал.

Пиролитический графит представляет собой особую форму такого элемента, как графит. Данная его разновидность нашла широкое применение в сфере микроскопических исследований. Его применяют в качестве калибровочного материала. Чаще всего его используют в сканирующей туннельной микроскопии и в атомно-силовой микроскопии. Данная разновидность графита относится к разряду синтетических. Его получение возможно при нагревании кокса и пека.

Благодаря графиту можно получать активные металлы с химической точки зрения путем электролиза. Данный метод использования элемента объясняется тем, что у графита достаточно хорошая электропроводность.

При производстве пластмассовых изделий графит тоже нашел свое применение. Его используют для наполнения пластмассы.

Самым известным методом использования графита является производство стержней для обычных простых карандашей, к которым так привыкли люди.

Статьи по теме

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцементом называется искусственно полученное гидравлическое вещество, обладающее вяжущим эффектом.

Свойства полимеров

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифици­ровать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи.

Свойства фенола

Фенолы и их производные содержатся в древесине, торфе, буром и кам. углях, нефтяных остатках. В живой природе фенолы, гл. обр. в виде производных, присутствуют в клетках растений.

Вещества ускоряющие высыхание красок

Сиккативы — соединения свинца, кобальта, марганца и цинка, которые, будучи добавлены в высыхающие масла, ускоряют их высыхание.

Виды грунтовок

Грунтовка – это жидкий состав, предназначенный для предварительной обработки поверхностей перед их последующей отделкой.

Источник

Публицистическая статья « Графит. Кристаллическое строение и применение»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Статья : « Графит. Кристаллическое строение и применение».

Выполнила преподаватель высшей квалификационной категории ГОУ СПО « Кемеровский профессионально – технический техникум»

Тюнина Надежда Яковлевна.

Графит. Углерод является одним из первых химических элементов, который известен человеку. С незапапятных времён человек использовал уголь и сажу. В древности графит считали одним из минералов свинца, возможно из-за того, что, подобно свинцу, он оставляет на бумаге след. В 18 веке К.В. Шееле доказал, что графит представляет собой “особый минеральный уголь”. Родственные отношения между алмазом и графитом были подробно изучены коллегой Лавуазье французским химиком Луи Бернаром Гитоном де Морво: при осторожном нагревании алмаза без доступа воздуха он получил порошок графита.

Кристаллическая структура. Кристаллическая решетка графита (рис.1) гексагональная (а = 0,24612 нм, с = 0,67079 нм, z = 4, пространственная группа C₆/mmc, теоретическая плотность 2,267 г/см 3 ). Состоит из параллельных слоев (базисных плоскостей), образованных правильными шестиугольниками из атомов С. Углеродные атомы каждого слоя расположены против центров шестиугольников, находящихся в соседних слоях (нижнем и верхнем); положение слоев повторяется через один, а каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм.

Рис. 1. Кристаллическая решетка графита (природного цейлонского). А, В углеродные слои; пунктирными линиями показана элементарная кристаллическая ячейка.

Известна также модификация с ромбоэдрической решеткой (а = 0,3635 нм, = 39,49°, z = 4, пространственная группа R3m). Положение плоских слоев в ее структуре повторяется не через один слой, как в гексагональной модификации, а через два. В природном графите содержание ромбоэдрической структуры доходит до 30%, в искусственно полученных графитах наблюдается только гексагональная. При 2230-3030 o С ромбоэдрич. графит полностью переходит в гексагональный.

г) степень прозрачности: непрозрачен.

Использование графита основано на ряде его уникальных свойств.

для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов;

для электродов, нагревательных элементов — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов);

для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:

Хорошая электропроводность, и как следствие — его пригодность для изготовления электрода.

Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде — это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.

твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках

Отдельно надо сказать о материалах из углеродного волокна. Такие материалы используются в автомобилестроении уже много лет, и с каждым годом объем их применения растет. Наиболее важное достоинство угле-волокна — необычайно легкий вес и высокая прочность. Углепластик в 5 раз легче стали и в 1,8 раза легче алюминия.

Углепластик имеет невероятные свойства. По прочности он карбон превосходит сталь (черный металлопрокат) в 12,5 раз. Когда мы говорим «карбон», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-карав. Однако сейчас нет кузовной детали, которая не могла бы быть сделана из карбона — не только капоты, но и крылья, бампера, двери и крыши… Факт экономии веса очевиден. Средний выигрыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих главным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят безумно стильно!

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Моряков, О.С. Материаловедение (по техническим специальностям) [Текст]:учебник для образ. учрежд. сред. проф. образ. / О.С.Моряков. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 240 с. – [Рекомендовано ФГУ «ФИРО»]

Топливно-энергетический комплекс в регионах Сибирского федерального округа [Электронный ресурс]: статистический сборник / Росстат, Территор. орган Федер. службы гос. статистики по Иркут. обл. – Иркутск : Иркутскстат, 2006. – 1 CD-ROM-диск, 12 см.

Периодические издания (отечественные журналы)

Источник