Физические свойства графита кратко

Обновлено: 13.05.2024

В промышленности используется натуральный графит, а также искусственные разновидности этого материала. Широкий спектр его применения обусловлен уникальными физико-химическими свойствами, которые могут несколько отличаться для различных марок и видов графита.

ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРАФИТА:

Теплопроводность;
Электропроводность;
Расширение под воздействием тепла;
Прочность;
Растворяемость;
Смачиваемость;
Анизотропия свойств.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГРАФИТА:

Натуральные виды этого материала отличаются высокой теплопроводностью (по данному показателю многие металлы проигрывают графиту). На нее влияет температура конечной обработки конкретной марки графита, однако средний показатель составляет 3,55 вт*градус/см, а коэффициент теплопроводности – 0,041. Необходимо отметить, что тонкие графитовые нити проводят тепло лучше, чем медные аналоги.
При давлении 0,9-1 атмосфера графит закипает, достигая температуры 4200 градуса, а плавится при 3845-3890 градусах.
Воспламеняются кристаллические разновидности материала в кислородной струе при 700-730 градусах Цельсия.
Сжигание графита выделяет достаточное количество тепла – до 7856 ккал.

Что такое графит

Как выглядит графит, знает каждый. Это грифель-сердцевинка обычного простого карандаша:

Минерал мягок, в чем несложно удостовериться: от неосторожного обращения карандаши ломаются.
Жирноват на ощупь, наделен разной твердостью и плотностью, на что указывают марки карандаша – от мягкой до твердой.
Цвета и оттенки – полная серая гамма с матовым или металлическим отблеском.

Возможность написания или рисования создает слоистая структура минерала.

Графит – это минерал, природная кристаллическая модификация углерода. Ближайшие родичи – алмаз, лонсдейлит, чароит. Их отличает структура. У графита она слоистая.

Графит можно превратить в алмаз, разогрев до 2000°C и поместив под давление в сотни атмосфер.

Налажено производство искусственного графита.

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:

не растворяется в кислоте.
плавление графита при температурах меньше 3800 градусов Цельсия невозможно.
после нагревания приобретает твердую и хрупкую структуру.

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

Графиту присущи следующие характеристики:

температура плавления графита составляет 3890 градусов Цельсия,
цвет графита является темно-серым с металлическим отливом,
теплоемкость графита составляет 0.720 кДЖ
удельное сопротивление графита составляет 800.000 · 10 − 8 (Ом · Метр).

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.

Характеристики	Направление потока	Температура, °С
Характеристики	Направление потока	20	200	400	600	800
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м°С) графита:
— кристаллический	\|\|	354,7	308,2
— естественный	_\|_	195,4	144,2	112,8	91,9	75,6
— прессованный	\|\|	157	118,6	93,0	69,8	63,9
— искусственный с р=1,76 г/см3	_\|_	104,7	81,4	69,8	58,2
— то же, с р=1,55 г/см3	\|\|	130,3	102,3	79,1	63,9	53,5
Сопротивление разрыву σпц, МН/м2	\|\|	14,2	15,2	15,9	16,5	17,6
Сопротивление разрыву σпц, МН/м2	_\|_	10,3	11,3	12,0	12,5	13,7
Модуль упругости Е, МН/м2	\|\|	5880	7100	7350	7500	7840
Модуль упругости Е, МН/м2	_\|_	2700	3040	3200	3630	3920
Удельная теплоемкость с, кДж/(кг0С)	0,71	1,17	1,47	1,68	1,88
Электросопротивление рэ104, Омсм	16	13	11	10	9
Коэффициент линейного расширения α·106, 1/°С	\|\|	7,2*1	8,5*2	10,0*3	13,0*4
	_\|_	4,0*1	5,5*2	6,8*3	9,3*4
	\|\|	1,8*1	1,55*2	1,45*3	1,40*4

История

История и время формирования графита остается загадкой для науки: он слишком похож на другие минералы по описанию.

Единственная зацепка – глиняная утварь культуры Боян-Марицы (территория современных Болгарии и Румынии, 6 тыс. лет назад). Изделия раскрашены графитовыми красками.

На территории России графит найден в 1826 году на Урале.

В истории, литературе минерал фигурирует также как черный/серебристый свинец, карбидное железо.

Стоимость материала

Реализацией графита и его смесей занимаются специальные организации, добывающие и получающие материал. Стоимость его находится на вполне приемлемом уровне и зависит от содержания углерода и габаритов кристалликов. У каждого сорта есть своя цена — чем больше в материале углерода, тем, соответственно, он дороже и имеет лучшие технические характеристики.

Продается графит как оптом, так и в розницу. Примечательно, что при оптовой покупке можно получить очень неплохую скидку.

Стоимость материала также зависит и от региона продажи. Средняя же цена составляет примерно 45−50 рублей за 1 кг. Графитовые изделия имеют большую стоимость.

Физико-химические характеристики

По химической номенклатуре минерал графит – это чистый углерод с формулой из одного символа (C).

Состав иногда дополняют абсорбированный газ, битум, вода, механические примеси.

Формула	C (углерод)
Цвет	Серый, чёрный стальной
Цвет черты	Чёрная
Блеск	Металловидный
Прозрачность	Непрозрачный
Твёрдость	1–2
Спайность	Совершенная по
Плотность	2,09–2,23 г/см³
Сингония	Гексагональная (планаксиальная)

Класс минерала по международной номенклатуре – самородный элемент. По систематике СССР это неметалл, но наделен характеристиками, присущими металлам, – электропроводностью, магнетизмом.

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).

Кристаллографические свойства

Точечная группа	6 mm — дигексагонально-пирамидальный
Пространственная группа	P63mc
Сингония	гексагональная
Параметры ячейки	a = 2.461Å, c = 6.708Å
Двойникование	по

Где и как добывается

Залежи графита промышленных объемов есть на всех континентах:

Обе Америки – США, Канада, Бразилия;
Европа – ФРГ, Гренландия, Италия;
Австралия.

Сырье каждого графитового рудника можно отличить по структуре, цвету, другим признакам.

Россия располагает тремя крупнейшими месторождениями:

Бурятия – качественное плотнокристаллическое сырье.
Краснодарский край (два) – плотно-, мелкокристаллический, чешуйчатый, графитовые сланцы.

Графиты формируются каменноугольным пиролизом либо под влиянием экстремально высоких температур и давления. Например, излияниями магмы на отложения каменного угля.

Его добывают наземным или подземным способами. Графитовые кристаллы находят в сланцах, мраморах, других органических породах.

Ежегодный мировой объем добычи графита – 600 тыс. тонн.

Месторождения

Графитовая шахта

Востребованность графита в промышленности очень высока. На сегодня подсчитаны приблизительные запасы во всем мире в размере 600 млн тонн. Самые крупные месторождения графита находятся в Китае, Мексике, России, Чехии, Южной Корее и др. странах. Помимо перечисленных стран, графит добывают и на острове Шри-Ланка. Большие запасы этого минерала найдены и в Украине, в так называемом Завальевском месторождении. Обнаруженные выделения графита промышленно значимы и пользуются большим спросом.

Где и как добывается?

Графит добывают по всему миру. Рейтинг стран по запасам и добыче в мире представлен ниже.

Китай. Около 780 тыс. т в год. В 2022 году страна стала крупнейшим производителем этого минерала в мире. За год Китай добыл графита столько же, сколько за предыдущие 2 года. Геологическая служба США подсчитала, что на долю этой страны приходится 65% мирового производства и 35% потребления.
Индия. Добыто 150 тыс. тонн. Запасы месторождений варьируются от штата к штату. 43% запасов находятся в штате Аруначал-Прадеш. Всего в стране занято 8 компаний по добыче и производству графита.
Бразилия. Добыча составляет 90 тыс. тонн в год. Все ведущие компании-производители являются частными. Уровень добычи остается прежним, но есть предпосылки вытеснения с рынка компаниями из Китая и Индии.
Канада. Добывается 30 тыс. т графита в год. Спрос на канадский графит растет, особенно после заявления компании Тесла о закупке графита для производства батарей у компаний, сосредоточенных в Канаде.
Мозамбик. Добыча 23 тыс. тонн. Добыча графита в этой стране выросла с нулевых отметок в 2016 году до представленной в 2022. Темпы добычи постоянно наращиваются, рынок в этом регионе представлен двумя компаниями.

Остальные страны добывают менее 20 тыс. тонн в год. Десятку стран замыкают Россия (6 место), Украина, Пакистан, Норвегия и Мадагаскар. В сумме эти страны добывают около 63 тыс. т графита в год. Рынок графита в мире постоянно растет. Связано это с переходом на электрические батареи во многих отраслях промышленности. Резкий подъем производства электромобилей по всему миру производит стимулирование спроса на графит.

Потребление в мире росло с 2013 по 2022 год, затем случилось понижение спроса на этот минерал. Цены снизились на уровень 2017 года, так как произошел переизбыток предложений и компании снизили производство для стабилизации мировых цен на минерал.

Разновидности

Природный графит многообразен, поэтому разработана классификация по нескольким признакам.

По составу и сферам применения:

Коллоидный. Техническая разновидность, порошок из искусственного графита. Используется промышленностью.
Пиролитический. Материал искусственного происхождения. Нашел применение как основа инструментария для исследований микроструктур.
Силицированный. Графит, обогащенный кремнием. Устойчив к коррозии.

Природный графит по структуре подразделяют на волокнистый, плотнокристаллический, чешуйчатый, графитовый сланец. Выделяют также разновидности – графитит и графитовую слюдку.

Искусственный графит

Графит синтезируют из кокса и пека. Это продукты переработки каменного угля, нефтяных смол, угольного дегтя. На них воздействуют химически и механически при высоких температурах. Исходное сырье предварительно сортируют, затем прокаливают, пропитывают. Получается материал почти абсолютной чистоты.

Искусственный графит применяют везде, от безобидного пластика до ядерного оборудования. Самые востребованные марки:

аккумуляторный;
карандашный;
литейный;
смазочный;
электроугольный;
элементный;
ядерный.

Под каждую марку, сферу использования графита подбирается точная пропорция пека и кокса.

Отличить рукотворные образцы несложно. Например, по треугольной штриховке на плоскостях. Она есть только у минерала природного происхождения.

Основные марки

На сегодняшний день используется возможность синтеза с разной величиной зерна. В итоге графит можно классифицировать на:

крупнозернистый;
среднезернистый;
мелкозернистый;
тонкозернистый.

Элементы первого достигают в диаметре 3 000 мкм. Если речь идет о среднезернистой разновидности, то величина зерна равна 500 мкм. Различается мелкозернистый графит марки МПГ с величиной зерна до 50 мкм. Существует еще и мелкозернистый изотропный минерал марки МИГ-1, частицы которого имеют размеры от 30 до 150 мкм. Тонкозернистый графит и изостатический графит имеют зерна величиной до 30 мкм, их минимальный диаметр составляет 1 мкм.

Где используется

Графит почти универсален. В этом нет ничего необычного: необходимые характеристики закладываются на стадии его обработки. Так, одним требуется повышенная теплопроводность, другим – электропроводность. Третьих интересуют прочностные свойства графита.

С учетом кондиций готового продукта минерал востребован для следующих целей:

Производство тугоплавких емкостей.
Смазка при выплавке стали, сплавов.
Стержни ядерных реакторов на АЭС, других агрегатах.

Сувенирный графитовый блок

Самое известное применение графита – сердцевина карандашей.

Московские ученые создали из графита лекарство для лечения кожных заболеваний.

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.

Графит (англ. Graphite) – C

Молекулярный вес	12.01 г/моль
Происхождение названия	от др.-греч. γράφω — записывать, писать
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

Лечебное влияние

Первыми оценили графит гомеопаты. Они установили, что минерал подходит для лечения кожных патологий (экземы, псориаз, лишай, другие).

Сегодня список расширен:

Нарушение обмена веществ.
Сбой в работе щитовидной железы.
Заболевания дыхательных путей (ринит, бронхиальная астма).
Проблемы ЖКТ (гастрит, язва желудка, 12-перстной кишки, колиты).
Женские недуги (аменорея, хроническое воспаление яичников, мастопатия).
Конъюнктивит, катаракта, ячмень.

Характеристики графита

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

В природе встречается два вида графита:

крупнокристаллический,
мелкокристаллический.

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

явнокристаллические,
скрытокристаллические.

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

Физические свойства графита являются следующими:

не растворяется в кислоте.
плавление графита при температурах меньше 3800 градусов Цельсия невозможно.
после нагревания приобретает твердую и хрупкую структуру.

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

Графиту присущи следующие характеристики:

температура плавления графита составляет 3890 градусов Цельсия,
цвет графита является темно-серым с металлическим отливом,
теплоемкость графита составляет 0.720 кДЖ
удельное сопротивление графита составляет 800.000 · 10 − 8 (Ом · Метр).

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.

Характеристики	Направление потока	Температура, °С
Характеристики	Направление потока	20	200	400	600	800
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м°С) графита:
- кристаллический	\|\|	354,7	308,2
- естественный	_\|_	195,4	144,2	112,8	91,9	75,6
- прессованный	\|\|	157	118,6	93,0	69,8	63,9
- искусственный с р=1,76 г/см 3	_\|_	104,7	81,4	69,8	58,2
- то же, с р=1,55 г/см 3	\|\|	130,3	102,3	79,1	63,9	53,5
Сопротивление разрыву σ_пц, МН/м 2	\|\|	14,2	15,2	15,9	16,5	17,6
Сопротивление разрыву σ_пц, МН/м 2	_\|_	10,3	11,3	12,0	12,5	13,7
Модуль упругости Е, МН/м 2	\|\|	5880	7100	7350	7500	7840
Модуль упругости Е, МН/м 2	_\|_	2700	3040	3200	3630	3920
Удельная теплоемкость с, кДж/(кг 0 С)	0,71	1,17	1,47	1,68	1,88
Электросопротивление р_э104, Омсм	16	13	11	10	9
Коэффициент линейного расширения α·10 6 , 1/°С	\|\|	7,2* 1	8,5* 2	10,0* 3	13,0* 4
	_\|_	4,0* 1	5,5* 2	6,8* 3	9,3* 4
	\|\|	1,8* 1	1,55* 2	1,45* 3	1,40* 4

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.

ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРАФИТА:

Теплопроводность;
Электропроводность;
Расширение под воздействием тепла;
Прочность;
Растворяемость;
Смачиваемость;
Анизотропия свойств.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГРАФИТА:

Натуральные виды этого материала отличаются высокой теплопроводностью (по данному показателю многие металлы проигрывают графиту). На нее влияет температура конечной обработки конкретной марки графита, однако средний показатель составляет 3,55 вт*градус/см, а коэффициент теплопроводности – 0,041. Необходимо отметить, что тонкие графитовые нити проводят тепло лучше, чем медные аналоги.
При давлении 0,9-1 атмосфера графит закипает, достигая температуры 4200 градуса, а плавится при 3845-3890 градусах.
Воспламеняются кристаллические разновидности материала в кислородной струе при 700-730 градусах Цельсия.
Сжигание графита выделяет достаточное количество тепла – до 7856 ккал.

Что такое графит

Как выглядит графит, знает каждый. Это грифель-сердцевинка обычного простого карандаша:

Минерал мягок, в чем несложно удостовериться: от неосторожного обращения карандаши ломаются.
Жирноват на ощупь, наделен разной твердостью и плотностью, на что указывают марки карандаша – от мягкой до твердой.
Цвета и оттенки – полная серая гамма с матовым или металлическим отблеском.

Возможность написания или рисования создает слоистая структура минерала.

Графит можно превратить в алмаз, разогрев до 2000°C и поместив под давление в сотни атмосфер.

Налажено производство искусственного графита.

Формула графита

Такой распространенный химический элемент, как углерод, встречается в природе в виде двух полиморфных разновидностей. Эти разновидности – графит и алмаз.

Химическая формула графита: C и алмаза идентичны, и они являются природными проявлениями одного и того же химического элемента, они довольно резко отличаются по своим физическим свойствам и структуре.

Графит — камень, который используют в промышленности.

Такие различия обусловлены особенностями строения кристаллической решетки графита.

Наличие свободных электронов, которые имеет кристаллическая решетка графита, обуславливает его физические свойства.

История

На территории России графит найден в 1826 году на Урале.

В истории, литературе минерал фигурирует также как черный/серебристый свинец, карбидное железо.

Положение углерода в периодической таблице

Углерод — элемент четвертой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Он является органогенным. К данной группе также относятся кислород, азот и водород. Это значит, что они входят в состав всех живых организмов на планете, составляя их основу.

Такое положение определяет строение атома углерода. На его внешнем энергетическом уровне находится четыре электрона. Это значит, что данный химический элемент может проявлять как положительную, так и отрицательную степень окисления (+4 или — 4).

Физико-химические характеристики

По химической номенклатуре минерал графит – это чистый углерод с формулой из одного символа (C).

Состав иногда дополняют абсорбированный газ, битум, вода, механические примеси.

Формула	C (углерод)
Цвет	Серый, чёрный стальной
Цвет черты	Чёрная
Блеск	Металловидный
Прозрачность	Непрозрачный
Твёрдость	1–2
Спайность	Совершенная по
Плотность	2,09–2,23 г/см³
Сингония	Гексагональная (планаксиальная)

Отличия модификаций углерода

Где и как добывается

Залежи графита промышленных объемов есть на всех континентах:

Обе Америки – США, Канада, Бразилия;
Европа – ФРГ, Гренландия, Италия;
Австралия.

Сырье каждого графитового рудника можно отличить по структуре, цвету, другим признакам.

Россия располагает тремя крупнейшими месторождениями:

Бурятия – качественное плотнокристаллическое сырье.
Краснодарский край (два) – плотно-, мелкокристаллический, чешуйчатый, графитовые сланцы.

Ежегодный мировой объем добычи графита – 600 тыс. тонн.

Состав

В природе графит никогда не встречается в чистом виде. Он содержит довольно большое количество золы (иногда до 20%). Она состоит из множества разных соединений (FeO, MgO, CuO, CaO и т. д.). До 2% массы в природном графите могут занимать газы. Может также присутствовать битум и вода.

Плотность порошка графита меняется в зависимости от дисперсионности, наличия пор. Указанное выше значение может снижаться до 2,09 кг/м3. На ощупь графит жирный. Если его взять руками, на пальцах останется характерный след. Поэтому из такого материала создают стержни для простого карандаша. Он оставляет четкий след на бумаге.

Разновидности

Природный графит многообразен, поэтому разработана классификация по нескольким признакам.

По составу и сферам применения:

Коллоидный. Техническая разновидность, порошок из искусственного графита. Используется промышленностью.
Пиролитический. Материал искусственного происхождения. Нашел применение как основа инструментария для исследований микроструктур.
Силицированный. Графит, обогащенный кремнием. Устойчив к коррозии.

Свойства графита: физические и химические

Природный графит представляет собой серое вещество, имеющее слабый металлический блеск. Он имеет высокую степень теплопроводности, которая составляет около 3,55 Вт/град/см. Этот показатель в несколько раз выше, нежели у простого глиняного кирпича. Такая высокая теплопроводность объясняется присутствием в его кристаллической решетке подвижных электронов.

Подвижные электроны обуславливают не только высокую теплопроводность элемента, но и такое физическое свойство, как высокая электропроводимость. Удельное сопротивление материала электрическому току составляет от 0,4 до 0,6 Ом. Такой низкий предел электрической сопротивляемости характерен для всех видов и агрегатных состояний, которые он имеет.

Если рассматривать его химические свойства, то он является инертным и неспособен растворяться в химически активных растворах. Его полное растворение может происходить только в металлах, имеющих высокую точку плавления. При этом процессе образуются карбиды. Такие химические соединения имеют очень разнообразные химические и физические свойства, которые используются для производства современных твердосплавных материалов.

Карбиды являются основой для производства всех твердых сплавов, которые известны на сегодняшний день. Наиболее часто используются соединения углерода с вольфрамом и титаном. Их применение дает возможность для производства режущего инструмента, который обладает такими эксплуатационными характеристиками, как термическая устойчивость и износостойкость.

Низкий коэффициент трения и устойчивость к действию высоких температур делает его незаменимым материалом для производства изделий, основной функциональной задачей которых является обеспечение герметичности различных соединений. Подобные изделия из графита позволяют изготавливать качественные уплотнительные материалы без применения смол и различных неорганических наполнителей.

Для этих целей промышленностью выпускается терморасширенный графит. Для его производства используется природный чешуйчатый графит, который обрабатывается неорганическими кислотами. В результате обработки природного чешуйчатого варианта материала получается эластичный и химически инертный образец, используемый для производства набивок и смазок, используемых для герметизации соединений.

Учитывая то, что аллотропная форма углерода характеризуется определенной кристаллической решеткой, он имеет следующие структурные формы:

Явнокристаллические
Скрытокристаллические
Высокодисперсные материалы, называемые углями

Существует классификация, которая разделяет природные графиты по структуре и размерам кристаллов:

Плотнокристаллические графиты
Чешуйчатые графиты

Искусственный графит

аккумуляторный;
карандашный;
литейный;
смазочный;
электроугольный;
элементный;
ядерный.

Под каждую марку, сферу использования графита подбирается точная пропорция пека и кокса.

Структура

Рассматривая, какая плотность у графита, а также свойства и виды, необходимо уделить внимание его структуре. Это слоистое вещество. Его атомы углерода выстраиваются в кристаллическую решетку, похожую на соты. Шестиугольники в одном слое плотно прилегают друг к другу. Однако связь между каждым уровнем слаба. Именно эта особенность позволяет легко сломать графит.

По шкале Мооса твердость материала равна единице. Для сравнения, у алмаза этот показатель равен 10, а у керамогранита – 5. При температуре 1500°С, согласно исследованиям ученых, кристаллическая решетка графита может преобразовываться в алмаз.

В процессе промышленной обработки структура вещества меняется. Вместе с этим у разных марок графита определяются неодинаковые свойства. Если же добытый материал не был обработан искусственно, это природный тип вещества.

Где используется

С учетом кондиций готового продукта минерал востребован для следующих целей:

Производство тугоплавких емкостей.
Смазка при выплавке стали, сплавов.
Стержни ядерных реакторов на АЭС, других агрегатах.

Сувенирный графитовый блок

Самое известное применение графита – сердцевина карандашей.

Московские ученые создали из графита лекарство для лечения кожных заболеваний.

Аллотропия углерода

Структурная формула графита может искусственно видоизменяться. Благодаря этому был получен целый ряд аллотропных модификаций углерода. Это карбин, графен и фуллерены.

Первое вещество имеет линейную структуру из атомов углерода. Они могут быть соединены либо двойными, либо чередующимися тройными и одинарными связями. Карбин представляет собой черный порошок с мелкокристаллической структурой. Его уникальным свойством является абсолютная совместимость с тканями организма человека. Благодаря этому карбин используют для изготовления искусственных кровеносных сосудов.

Графен — это однослойное вещество, также состоящее из углерода. Такое строение делает его самым прочным и тонким. Графен применяется в различных областях нанотехнологии: точное приборостроение, искусственные мембраны, сенсорные устройства.

Из атомов углерода состоит еще одна аллотропная модификация углерода — фуллерены. Их молекулы имеют сферическую или эллипсовидную форму с полостью внутри. Фуллерены получают из паров графита при их дальнейшей лазерной обработке. Его используют в качестве полупроводника, фоторезиста, элемента аккумуляторов и электрических батарей, катализатора роста алмазной пленки.

Итак, в нашей статье мы рассмотрели особенности строения графита. Это вещество состоит из атомов углерода. Они образуют отдельные слои, связи между которыми не очень сильные. Поэтому графит является мягким, легко отслаивается в горизонтальном направлении, имеет серый цвет с металлическим блеском и хорошо проводит электрический ток.

Лечебное влияние

Сегодня список расширен:

Нарушение обмена веществ.
Сбой в работе щитовидной железы.
Заболевания дыхательных путей (ринит, бронхиальная астма).
Проблемы ЖКТ (гастрит, язва желудка, 12-перстной кишки, колиты).
Женские недуги (аменорея, хроническое воспаление яичников, мастопатия).
Конъюнктивит, катаракта, ячмень.

ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРАФИТА:

Теплопроводность;
Электропроводность;
Расширение под воздействием тепла;
Прочность;
Растворяемость;
Смачиваемость;
Анизотропия свойств.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГРАФИТА:

Натуральные виды этого материала отличаются высокой теплопроводностью (по данному показателю многие металлы проигрывают графиту). На нее влияет температура конечной обработки конкретной марки графита, однако средний показатель составляет 3,55 вт*градус/см, а коэффициент теплопроводности – 0,041. Необходимо отметить, что тонкие графитовые нити проводят тепло лучше, чем медные аналоги.
При давлении 0,9-1 атмосфера графит закипает, достигая температуры 4200 градуса, а плавится при 3845-3890 градусах.
Воспламеняются кристаллические разновидности материала в кислородной струе при 700-730 градусах Цельсия.
Сжигание графита выделяет достаточное количество тепла – до 7856 ккал.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛА

Графит отлично проводит электричество – по этому показателю он превосходит, например, ртуть. Нагревание минерала способствует улучшению проводимости электрического тока. Таким образом, у минерала отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При 0 градусов он находится в диапазоне 0,39-0,602 ом. Что касается предела удельного сопротивления – он одинаковый для всех видов материала и составляет 0,0075 Ом. Этими свойствами объясняется широкое использование графита в электрометаллургии.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ

Этот показатель очень зависит от структуры и типа материала: у явнокристаллического и чешуйчатого графитов он ощутимо отличается. Играет роль также температура и анизотропия минерала.

ПРОЧНОСТЬ

Еще одна характеристика, выделяющая графит среди прочих природных минералов. Она меняется в зависимости от температуры. У большинства марок (включая искусственные виды материала) при нагревании возрастает предел прочности при изгибе, сжатии и растяжении (до двух раз). Максимум достигается при 2200-2800 градусах. Если же температура поднимается выше 3000 градусов, прочностные характеристики стремительно падают.

Самой высокой прочностью отличается рекристаллизованный материал.

РАСТВОРЯЕМОСТЬ

Минерал практически не растворяется в растворителях неорганического либо органического происхождения. При комнатной температуре не происходит окисления.

СМАЧИВАЕМОСТЬ

Графит практически не смачивается расплавленным стеклом, а также большинством расплавленных металлов.

АНИЗОТРОПИЯ СВОЙСТВ

Поскольку характеристики различных марок графита отличаются, на них влияет способ прессования, для искусственных видов – ориентация коксовых зерен.

Графит достаточно пластичен, легко поддается механической обработке. Разные виды отличаются по уровню жирности, благодаря чему используется в качестве смазки. Необходимо отметить и еще одну особенность чистых видов этого материала: графит отличается наиболее высоким коэффициентом замедления и низким показателем поглощения нейтронов.

Читайте также: