Графит

Общие

Май 03, 2022

5 мин. на чтение

Содержание:

Графит — минерал класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Природный минерал. Обычно встречается в виде отдельных чешуек, пластин и скоплений, разного размера и содержания графита. Имеются месторождения кристаллического графита, связанного с магматическими породами или кристаллическими сланцами, и скрытокристаллического графита, образовавшегося при метаморфизме угля.

СТРУКТУРА

Полиморфная (аллотропная) гексагональная кристаллическая модификация чистого углерода, наиболее устойчивая в условиях земной коры. Слои кристаллической решетки могут располагаться различно друг от друга, образуя ряд политипов, с симметрией от гексагональной (дигексагонально-дипирамидальный тип симметрии) до тригональной (дитригонально-скаленоэдрическая vs). Кристаллическая решетка графита имеет слоистый тип. В оболочках атомы C расположены в гексагональных ячейках оболочки. Каждый атом С окружен тремя соседями на расстоянии 1,42А

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m). Они отличаются послойной упаковкой. В α-графите половина атомов в каждом слое лежит выше и ниже центров шестиугольника (размещение... ABABABA...), а в β-графите каждый четвертый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно изображать на шестиугольных 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 превращается в гексагональный.

СВОЙСТВА

Он хорошо проводит электричество. В отличие от алмаза имеет низкую твердость (1 по шкале Мооса). Относительно гладкий. После воздействия высоких температур он немного твердеет и становится очень ломким. Плотность 2,08-2,23 г/см³. Темно-серый цвет, металлический блеск. Тугоплавкий, устойчивый при нагревании в отсутствие воздуха. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10-12% примесей глин и оксидов железа. При растирании расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).

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

Электропроводность монокристаллов графита анизотропна, близка к металлической в ​​направлении, параллельном плоскости базиса, и в сотни раз ниже в перпендикулярном направлении. Минимальное значение проводимости наблюдается в диапазоне от 300 до 1300 К, а положение минимума меняется в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Рекристаллизованный графит обладает наибольшей электропроводностью.

Коэффициент теплового расширения графита до 700 К отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение уменьшается с повышением температуры. 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 превышает среднее абсолютное значение базисных плоскостей.

Монокристаллы графита диамагнитны, магнитная восприимчивость незначительна в базисной плоскости и высока в ортогональных базисных плоскостях. Коэффициент Холла меняется с положительного на отрицательный при 2400 К.

МОРФОЛОГИЯ

Хорошо образованные кристаллы встречаются редко. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые, искривленные, обычно имеют несовершенную пластинчатую форму. Чаще всего он представлен чешуйками без кристаллографических очертаний и их агрегатами. Образует сплошные скрытокристаллические, листоватые или округлые радиально-лучистые агрегаты, реже - сферолитовые агрегаты концентрически-зонального строения. Крупнокристаллические осадки часто имеют треугольную форму в плоскостях (0001).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических породах, в пегматитах и ​​скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и другими минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространен в метаморфических породах: кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные месторождения образуются в результате пиролиза углей под влиянием ловушек в угольных месторождениях (Тунгусский бассейн). Попутный минерал метеорита.
Попутные минералы: кварц, пирит, гранаты, шпинель.

ПРИМЕНЕНИЕ

Для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит: применение основано на высокой термостойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к различным расплавленным металлам.
Применяется в электродах, нагревательных элементах, благодаря высокой электропроводности и химической стойкости практически к любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов).
Для получения реактивных металлов электролизом расплавленных соединений, твердых смазок, в сочетании жидких и пастообразных смазок, пластического наполнителя.

Является замедлителем нейтронов в ядерных реакторах, компонентом состава для изготовления стержней для черных графитовых карандашей (в смеси с каолином).
Он используется для получения синтетических алмазов, в качестве эталона нанометровой длины для калибровки сканеров сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа, для изготовления контактных щеток и токосъемников для различных электрических машин, электромобилей и мостов, троллейных кранов, мощных реостатов, а также а также другие устройства, требующие наличия надежного подвижного электрического контакта для изготовления тепловой защиты законцовок головных частей баллистических ракет и возвращаемых космических аппаратов.

Графит-С

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА