Grafit: gustina, svojstva, karakteristike primjene i vrste

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Grafit je supstanca koja se javlja prirodno. Ovo je jedna od modifikacija ugljika, koju karakterizira određena kristalna rešetka. Ovo određuje svojstva koja ima grafit. Ugljik se u prirodi javlja u dva glavna oblika. To su grafit i dijamant. Njihova hemijska formula je identična, ali njihova fizička svojstva su radikalno različita.

Na ove karakteristike utiče struktura kristalne rešetke. Ima slobodne elektrone koji određuju fizička svojstva materije. Grafit, čija su gustina, vrste i obim zanimljivi za mnoge industrije, vrijedi detaljnije razmotriti.

Osnovne karakteristike

Grafit je siva supstanca sa metalnim sjajem. Ima visoku toplotnu provodljivost (3,55 W/deg./cm). Zbog toga se grafit aktivno koristi u raznim industrijama. Ova brojka je veća od one kod cigle, što se objašnjava prisustvom mobilnih elektrona u kristalnoj rešetki. Oni također doprinose dobroj električnoj provodljivosti. U svim stanjima agregacije, ovu supstancu karakteriše niska strujna otpornost (od 0,4 do 0,6 oma).

Grafit je inertna supstanca koja se ne rastvara u hemijski aktivnim komponentama. To je moguće samo kada uđe u medij rastopljenog metala sa visokom tačkom ključanja. Grafit se pod takvim uslovima potpuno topi, formirajući karbide.

Nizak koeficijent trenja i visoka tačka topljenja rezultiraju dobrim svojstvima zaptivanja. Gustina grafita (kg/m3) je 2,23, ali se u isto vrijeme materijal savija i dobro seče.

Struktura

S obzirom na gustinu grafita, kao i na svojstva i vrste, potrebno je obratiti pažnju na njegovu strukturu. Ovo je slojevita supstanca. Njegovi atomi ugljika nižu se u kristalnu rešetku nalik saću. Šestouglovi u jednom sloju dobro pristaju jedan uz drugi. Međutim, odnos između svakog nivoa je slab. Upravo ova karakteristika olakšava razbijanje grafita.

Na Mohsovoj skali, tvrdoća materijala je jedan. Poređenja radi, ovaj pokazatelj je za dijamant 10, a za porculanski kamen 5. Na temperaturi od 1500°C, prema naučnicima, kristalna rešetka grafita se može transformisati u dijamant.

Tokom industrijske obrade, struktura materije se mijenja. Istovremeno, različite vrste grafita imaju različita svojstva. Ako ekstrahovani materijal nije vještački obrađen, to je prirodna vrsta supstance.

Prirodni grafit

Grafit, čija se gustina i svojstva značajno razlikuju u zavisnosti od brenda proizvođača, nalazi se u prirodnim uslovima u 2 glavne varijante. Prvi tipnazvana heksagonalna. Ima kristalnu rešetku u kojoj je polovina atoma u svakom sloju iznad i ispod centra šesterokuta.

Druga modifikacija je romboedarska. Svaki četvrti sloj ponavlja prvi. Ova modifikacija se u prirodi javlja samo u obliku nečistoća. Ako se ova tvar zagrije na temperaturi od 2500-3300 K, tada će se njena kristalna rešetka pretvoriti u heksagonalnu. U prirodnim uslovima, materijal se češće nalazi u ovom obliku.

Kompozicija

U prirodi, grafit se nikada ne nalazi u svom čistom obliku. Sadrži prilično veliku količinu pepela (ponekad i do 20%). Sastoji se od mnogo različitih jedinjenja (FeO, MgO, CuO, CaO, itd.). Do 2% mase prirodnog grafita može biti zauzeto plinovima. Bitumen i voda također mogu biti prisutni.

Gustoća grafitnog praha varira u zavisnosti od disperzije, prisutnosti pora. Gornja vrijednost se može smanjiti na 2,09 kg/m3. Grafit je mastan na dodir. Ako ga uzmete rukama, na prstima će ostati karakterističan trag. Stoga se od takvog materijala stvaraju šipke za jednostavnu olovku. Ostavlja jasan trag na papiru.

Umjetni grafit

Za proizvodnju je veoma važno uzeti u obzir kolika je gustina grafita. Fizika jasno daje do znanja da što je veća gustina ove supstance, veća je i njena toplotna provodljivost. Umjetni grafit karakterizira visoka čistoća (do 99%). Takođe značajno povećava gustinu materijala.

Proizvodnja rafiniranog grafita vrši se termohemijskim i termomehaničkim uticajima. Za svaku granu proizvodnje proizvodi se supstanca sa određenim skupom kvaliteta. Ovo omogućava da se zadovolje potrebe industrije u grafitu sa datim fizičkim karakteristikama.

Označavanje vještačkih supstanci uključuje raščlanjivanje vrsta materijala prema destinaciji. Postoje livnički, elektrokarbonski, baterijski, elementarni, maziv i grafit za olovke. Postoje i posebne klase koje se koriste u nuklearnim reaktorima.

Oblast primjene

Tokom proizvodnje postavljaju se određena svojstva grafita. Korištenje ove tvari u potpunosti je na njima. Grafit se koristi u metalurgiji u proizvodnji vatrostalnih kalupa ili kutlača, posuda. U procesu livenja, prah iz predstavljene supstance koristi se kao mazivo. Jedna od komponenti vatrostalnih opeka je i grafit. Dodaje se u smjesu u proizvodnji plastike.

Ovaj materijal se također koristi za proizvodnju kontakata za električne uređaje. Ovo je olakšano električnim provodljivim svojstvima supstance.

Grafitne olovke su poznate, možda, svakome. Ovaj materijal se također koristi u proizvodnji nekih vrsta boja. U ovom slučaju se koristi crni (a ne sivi) grafit. Ova boja ima svojstva protiv korozije.

Veštački dijamanti se dobijaju od predstavljenog prirodnog minerala. Koriste se kadaproizvodnja teških reznih alata. U mašinstvu, grafitni prah služi kao materijal za ležajeve, kao i klipne i zaptivne prstenove. Kao mazivo, pogodno je za obradu biciklističkih lanaca, auto opruga, šarki vrata.

Čak i mnogi lijekovi sadrže grafit.

Prijave za hranu

Predstavljena supstanca se takođe široko koristi u prehrambenoj industriji. Da bi se to postiglo, tokom proizvodnje se podvrgava određenoj preradi. Gustina gvožđa, etil alkohola, grafita i šećera, iz očiglednih razloga, je različita. Ali predstavljeni materijal može sadržavati i biti dio nekih tvari. Nalazi se u parafinima, estrima, alkoholu, pa čak i šećeru.

Ovo se može potvrditi jednostavnim eksperimentom. Prvo morate uzeti komad šećera. Stavlja se na tvrdi poklopac i pokriva čepom (možete koristiti naprstak). Zatim se metal kojim je prekriven šećer jako zagreva. S vremenom će ispod naprstka izaći oštar dim. Ako mu prinesete šibicu, gas će izgorjeti.

Kada dim prestane da emituje, možete ukloniti naprstak. Na poklopcu je crna masa. Ovo je ugalj. To je ugljik od kojeg je grafit napravljen.

Biti u prirodi

Grafit, čija gustina zavisi od njegove čistoće, nalazi se u prirodi u prilično velikim količinama. Oko 600 hiljada tona ove supstance se godišnje iskopa širom sveta. Najvećanjegove rezerve su koncentrisane u Meksiku, Češkoj, Kini, Ukrajini, Brazilu, Rusiji, Kanadi i Južnoj Koreji.

Od davnina, ležišta grafita su izazivala interesovanje čovečanstva. Danas se ovi prirodni resursi razvijaju kako bi se industrija obezbijedila materijalima potrebnih kvaliteta. Grafit se nalazi u granitima, krečnjačkim stijenama, liskunu ili gnajsu u obliku vlaknastih ili kristalnih inkluzija. Rudarstvo se vrši otvorenim i podzemnim metodama.

Cijena grafita

Grafit, čija gustina i čistoća utiču na njegovu vrijednost, sada se prodaje po prilično razumnim cijenama. Na to utiče veličina njegovih kristala, kao i sadržaj ugljika. Što je veći, to je grafit skuplji. Uz dovoljno visok sadržaj ugljika povećavaju se fizička svojstva materijala. Ovo je vrijedno za industriju u širokom spektru industrija.

Danas je prosječna cijena grafita oko 45 rubalja/kg. Ako je umjetno obrađen, trošak se značajno povećava. Takođe, cena prirodnog minerala zavisi od lokacije ležišta.

Upoznajući se sa glavnim svojstvima i karakteristikama grafita, možemo zaključiti da i cijena i tehnički kvalitet materijala zavise od njegove gustine. Stoga, mineral koji se kopa u prirodi podliježe naknadnoj preradi. Ovo poboljšava njegove kvalitete.