Δομή και ιδιότητες του γραφίτη
Ο άνθρακας μπορεί να βρεθεί φυσικά σε δύο κρυσταλλικές μορφές:γραφίτη και διαμάντι. Και τα δύο είναι παρόμοια χημικά αλλά αρκετά διαφορετικά ως προς τις φυσικές ιδιότητες και την κρυσταλλική δομή. Ο γραφίτης είναι μια κρυσταλλική και μαλακή μορφή άνθρακα. Είναι μια ξεχωριστή ουσία που διαθέτει μεταλλικές και μη μεταλλικές ιδιότητες.
Ο γραφίτης πήρε το όνομά του από την ελληνική λέξη «graphein», που σημαίνει «γράφω». Μπορεί να βρεθεί σε πυριγενή και μεταμορφωμένα πετρώματα. Βρίσκεται συνήθως σε γκριζομαύρο χρώμα. Είναι αδιαφανές και έχει γυαλιστερή μαύρη γυαλάδα. Έχει χαμηλό ειδικό βάρος και είναι μαλακό ορυκτό. Όταν ο άνθρακας εκτίθεται σε θερμότητα και πίεση στον φλοιό της Γης, σχηματίζεται γραφίτης.
Τύποι γραφίτη
Υπάρχουν δύο τύποι γραφίτη:ο φυσικός και ο συνθετικός.
Φυσικός γραφίτης
Είναι ένα ορυκτό που βρίσκεται φυσικά στον φλοιό της Γης. Αποτελείται από γραφίτη και άνθρακα. Αυτή η μορφή γραφίτη εξορύσσεται. Εάν συνδυαστεί με άλλα ορυκτά, εξάγεται. Για την εξαγωγή του απαιτούνται διεργασίες ορυκτών, όπως επίπλευση και διήθηση.
Ο φυσικός γραφίτης είναι καλός αγωγός θερμότητας και ηλεκτρισμού και μπορεί να αντέξει σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.
Με βάση την κρυσταλλικότητα, αυτό το ορυκτό μπορεί να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες:
- Ιδιαίτερα κρυσταλλικό
- Άμορφο
- Flakey
Συνθετικός γραφίτης
Ο συνθετικός γραφίτης μπορεί να παραχθεί από οπτάνθρακα και πίσσα. Δεν είναι τόσο κρυσταλλικός όσο ο φυσικός γραφίτης, αλλά είναι πιο καθαρός από τον τελευταίο.
Υπάρχουν δύο τύποι συνθετικού γραφίτη:
- Ηλεκτρογραφίτης:Είναι καθαρός άνθρακας που παράγεται από λιθανθρακόπισσα και οπτάνθρακα.
- Υπάρχει μια άλλη μορφή συνθετικού γραφίτη που παράγεται με θέρμανση πυρωμένου πίσσας πετρελαίου.
Δομή του γραφίτη
Ο γραφίτης έχει ομοιοπολική δομή, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε άτομο άνθρακα στο μόριο γραφίτη συνδέεται με ομοιοπολικούς δεσμούς με τρία άλλα άτομα άνθρακα. Τα άτομα άνθρακα οργανώνονται εξαγωνικά για να σχηματίσουν μια δομή σαν φύλλο. Αυτή η δομή διατηρείται στη θέση της από ασθενείς δυνάμεις.
Πολλαπλά φύλλα ατόμων άνθρακα είναι παράλληλα διατεταγμένα. Τα άτομα στον γραφίτη παρουσιάζουν υβριδισμό sp2. Το γραφένιο αναφέρεται στα επιμέρους στρώματα του γραφίτη. Τα άτομα άνθρακα σε κάθε στρώμα είναι οργανωμένα σε ένα κυψελωτό πλέγμα, με μήκος δεσμού 0,142 nm και επίπεδο διαχωρισμό 0,335 nm. Τα άτομα σε κάθε στρώμα χωρίζονται κατά 2,5 φορές το διάστημα μεταξύ τους.
Στη δομή του γραφίτη, κάθε άτομο άνθρακα χρησιμοποιεί τρία ηλεκτρόνια για να δημιουργήσει απλές συνδέσεις με τα ηλεκτρόνια των τριών πλησιέστερων γειτόνων του. Στο επίπεδο σύνδεσης, το τέταρτο ηλεκτρόνιο παραμένει. Αυτό το «εφεδρικό» ηλεκτρόνιο σε κάθε άνθρακα μετατοπίζεται σε ολόκληρο το φύλλο ατόμων σε ένα στρώμα.
Ιδιότητες του γραφίτη
Φυσικές ιδιότητες
- Τα ηλεκτρόνια στη δομή του γραφίτη είναι μετατοπισμένα και ελεύθερα να ταξιδεύουν σε όλο το φύλλο. Κάνει τον γραφίτη εξαιρετικό αγωγό του ηλεκτρισμού.
- Ο γραφίτης είναι αδιάλυτος σε οργανικούς διαλύτες και νερό επειδή η έλξη μεταξύ των ατόμων άνθρακα και των μορίων του διαλύτη είναι ασθενής και δεν αρκεί για να σπάσει ομοιοπολικούς δεσμούς.
- Έχει υψηλό σημείο τήξης, ίδιο με αυτό του διαμαντιού.
- Έχει δομή σαν φύλλο, λόγω της οποίας είναι απαλό και ολισθηρό.
- Ο γραφίτης έχει επίσης την ικανότητα να απορροφά νετρόνια υψηλής ταχύτητας.
Χημικές ιδιότητες
- Αντίδραση με τον αέρα:Ο άνθρακας στον γραφίτη αντιδρά με το οξυγόνο για να σχηματίσει μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα οξυγόνου.
- Αντίδραση με νερό:Φυσικά, ο γραφίτης δεν αντιδρά με το νερό. Αλλά υπό ορισμένες συνθήκες, αντιδρά με το νερό και παράγει μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο.
Εφαρμογή γραφίτη
- Ο γραφίτης χρησιμοποιείται ως πυρίμαχο υλικό, όπως τα πυρίμαχα τούβλα Mag-carbon. Χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή χωνευτηρίων και καλουπιών.
- Χρησιμοποιείται στην κατασκευή κλιβάνων όπου γίνεται επεξεργασία χάλυβα και σιδήρου.
- Οι άνοδοι γραφίτη χρησιμοποιούνται στη διαδικασία ηλεκτρόλυσης.
- Χρησιμοποιείται για την κατασκευή χρωμάτων, μολυβιών και άλλων αντικειμένων.
Συμπέρασμα
Ο γραφίτης είναι μια κρυσταλλική μορφή άνθρακα, εκτός από το διαμάντι. Είναι μια μαλακή και φυσική ορυκτή μορφή άνθρακα. Η δομή του γραφίτη είναι διασυνδεδεμένα εξαγωνικά φύλλα. Υπάρχουν δύο είδη γραφίτη, ο φυσικός και ο συνθετικός. Το χρώμα του γραφίτη είναι γκριζωπό μαύρο. Βρίσκεται φυσικά στον φλοιό της γης από όπου εξάγεται. Ο γραφίτης χρησιμοποιείται μεταξύ άλλων στη μεταλλουργία, την επικάλυψη και την κατασκευή χρωμάτων.
