Описание графита. Свойства графита. Применение графита. Физические свойства и фото графита

Область применения графита, описание и свойства. Виды природного и искусственного графита - химическая структура, механические и физические характеристики.

Графит (от др.-греч. γράφω - пишу) – это природный материал, относящийся к классу самородных элементов, аллотропная модификация углерода. Он имеет слоистую структуру. Каждый слой кристаллической решетки графита может по-разному располагаться по отношению друг к другу, образуя политипы. Графит находит свое применение в производственной и промышленной деятельности. Графитовые изделия отличаются повышенными эксплуатационными характеристиками. Графит устойчив к химическим и природным воздействиям, он достаточно прочный, хорошо проводит электрический ток, отличается низкой твердостью, относительной мягкостью, после воздействия высоких температур затвердевает. Плотность составляет 2.23 г/см 3 . Графит имеет металлический блеск и темно-серый цвет. Теплопроводность этого минерала достаточно большая, поэтому его используют для изготовления комплектующих деталей электрооборудования.

Структура и состав графита

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

Модификаций природного минерала существует две:

• α-графит (гексагональный). В данной модификации половина атомов каждого из слоев располагается под и над центром шестиугольника.
• β-графит (ромбоэдрический). В этой модификации графита каждый четвертый слой атомов повторяет первый. В природе он в чистом виде не наблюдается. При температуре от 2500 до 3300К ромбоэдрический графит переходит полностью в гексагональный. Природный материал удобно представляется в гексагональных узлах.

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.

Показатели:

• Содержание минералов 2.0%
• Содержание углерода > 98.0%
• Содержание серы 550 ppm
• Температурный диапазон -200...3000°C
• Выщелачиваемый хлорид 50 ppm
• Сжимаемость 40%
• Регенерация 15%
• pH диапазон 0-14
• Проседание под нагрузкой

Виды природного графита:

• тигельный (используется для производства огнеупорных изделий. Он отличается повышенной теплопроводностью и стойкостью к резким температурным перепадам),
• литейный кристаллический (имеет низкий коэффициент расширения, характеризуется прочностью при высоких температурах, используется при отливе деталей),
• аккумуляторный (применяется как добавка, графит используется для производства электродов, отличается повышенными техническими и химическими свойствами),
• для производства стержней для карандашей (тонкодисперсный, мягкий, не содержит примесей железа),
• элементный (графит используется для производства гальванических элементов, отличается повышенной тепло- и электропроводностью),
• электроугольный,
• для изготовления смазок и электропроводящей резины.

Искусственный графит - область применения

Искусственно производится конструкционный, мелкозернистый, антифрикционный и литейный графит. Область применения материала достаточно широкая. Графит используется для изготовления огнеупорных материалов, электрических машин и установок, в химической, горнодобывающей промышленности, а также на производстве. Из него также изготавливают стержневые карандаши, краски, покрытия и аккумуляторные батареи. Графит незаменим в ядерной промышленности и в других узконаправленных областях.

/ минерал Графит

Графит - минерал, гексагональная кристаллическая полиморфная (аллотропная) модификация чистого углерода, наиболее устойчивая в условиях земной коры. Другие модификации: алмаз, лонсдейлит, чаоит. 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.

В кислотах графит не растворяется. Жирный на ощупь. Гибкий. Природный графит содержит 10-12 % примесей глин и окислов железа.

Формы нахождения

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.

рассказать об ошибке в описании

Свойства Минерала

Цвет	Железно-черный, темный стально-серый
Цвет черты	Черный, блестящий
Происхождение названия	от греческого γράφω - пишу
Год открытия	известен с древности
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)
Химическая формула	C
Блеск	металлический матовый полуметаллический
Прозрачность	непрозрачный
Спайность	весьма совершенная по {0001}
Излом	слюдоподобный
Твердость	1 1,5 2
Электрические свойства минерала	Хорошо проводит электрический ток
Термические свойства	Не плавится (сгорает при 3500 °С)
Strunz (8-ое издание)	1/B.02-10
Hey"s CIM Ref.	1.25
Dana (7-ое издание)	1.3.5.2
Dana (8-ое издание)	1.3.6.2
Молекулярный вес	12.01
Параметры ячейки	a = 2.463Å, c = 6.714Å
Отношение	a:c = 1: 2.726
Число формульных единиц (Z)	4
Объем элементарной ячейки	V 35.27 ų
Двойникование	по {1121}
Точечная группа	6/mmm (6/m 2/m 2/m) - Dihexagonal Dipyramidal
Пространственная группа	P63mc
Плотность (расчетная)	2.26
Плотность (измеренная)	2.09 - 2.23

Происхождение названия: От греческого "писать", за то, что графитом можно писать на бумаге. Графит описан в статье, немецкого химика и минералога Вернера А. Г. (Abraham Gottlob Werner) в 1789 году по данным .

Другие названия (синонимы):

Карбидное железо, серебристый свинец, чёрный свинец (Black Lead).

Разновидности минерала:

Кристаллический чешуйчатый графит (flake graphite) - графит, представленный в виде листоватых агрегатов, либо чешуек.
Кристаллический кусковый графит (lump graphite) - плотные зернистые агрегаты графита.
Аморфный графит (amorphous graphite) - разновидность графита, представленная скрытокристаллическими массами.

Фотографии образцов

Свойства

Сингония: Гексагональная

Состав (формула): C

Цвет:

Чёрный, стально-серый

Цвет черты (цвет в порошке): Чёрный, стально-серый

Прозрачность: Непрозрачный

Спайность: Совершенная

Излом: Зернистый, Ровный

Блеск: Матовый, Металлический, Тусклый

Твёрдость: 1,5-2

Удельный вес, г/см 3: 2,09-2,23

Особые свойства:

Графит обладает хорошей тепло- и электропроводностью. При физическом воздействии графит расслаивается на отдельные чешуйки. Графит не расстворяется в кислотах, термоустойчив в безвоздушном пространстве.

Форма выделения

Месторождения / проявления

Скопления графита, имеющие промышленное значение, известны в гнейсах Криворожского, Мариупольского, Шахтамирибугского районов в Украине. В России подобные месторождения разрабатывают на Урале, в Шахтаминском районе Читинской области. Графитовые сланцы добывают в Узбекистане и Хабаровском крае (Россия).
Листоватые агрегаты были найдены в Шри-Ланке (Радегара,Галле). Известны месторождения графита в Чехии. В России встречается в гранитах и гранитных пегматитах в Ильменский горах (Челябинская обл.), в щелочных породах в Хибинах (Мурманская обл.), добывается на Ботогольском месторождении (Бурятия). Графит встречается в Гренландии, США, Канаде.
Крупные залежи графита известны в Тунгусском бассейне в Сибири (Курейское месторождение). Ведущим добытчиком графита является КНР, также большая доля добычи приходится на КНДР, Индию, Корею и Бразилию.

Применение

Графит применяется в металлургии, например, для изготовления плавильных тиглей, за счёт его термоустойчивости и химической устойчивости к большинству металлов. В электронике графит применяется для изготовления электродов и других элементов, благодаря его хорошей электропроводимости. Графит используется для получения химически активных металлов методом электролиза.
Графит является одним из наполнителей пластмасс. При производстве синтетических алмазов также используют графит. В ядерной энергетике при производстве ядерных реакторов графит применяется в качестве замедлителя нейтронов. В производстве токопроводящих клеёв графит используют в качестве токопроводящего элемента.
В специальных твёрдых смазочных материалах также используется графит. Основным применением графита (и самым известным), конечно, является производство стержней для карандашей (в смеси с каолином).

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

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.

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:

1. не растворяется в кислоте.
2. плавление графита при температурах меньше 3800 градусов Цельсия невозможно.
3. 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
		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
	_|_	10,3	11,3	12,0	12,5	13,7
Модуль упругости Е, МН/м 2	||	5880	7100	7350	7500	7840
	_|_	2700	3040	3200	3630	3920
Удельная теплоемкость с, кДж/(кг 0 С)		0,71	1,17	1,47	1,68	1,88
Электросопротивление р э 104, 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.

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.

Мир камней богат, разнообразен. Многие породы отличаются не только внешней красотой, но и уникальностью химического, физического состава. Каждый минерал по-своему ценен, используется в разных отраслях с давних времен зарождения жизни на земле. Одним из таких особенных камней считается графит, модификация углерода, внешне напоминающий обычный уголь. Увидев камень впервые, складывается впечатление, что он похож на обычный черный уголь, зато узнав о свойствах, минерал причисляют ближе к алмазу .

Уже в глубокой древности при первых находках камня, люди заметили его удивительные свойства. Стали активно использовать природный элемент в жизни. Именно графит стал первым «мелком» для нанесения наскальных надписей, письма. Сегодня мало что изменилось, данный самородок по-прежнему ценен, широко используется во многих сферах, отличается высоким спросом, большими добычами, сравнительно низкими ценами.

Описание минерала графит

Природный материал отличается плотной структурой, но достаточно приложить легкое усилие и камень легко расколется. Мягкость природного элемента позволяет выполнять быструю обработку. Слоистая структура минерала, делает его отличным от других камней. Атомы углерода, представляют небольшие ячейки-шестиугольники, которые формируются правильными рядами. Между собой ряды связаны плохо, зато элементы рядов плотно прикреплены между собой. Именно это строение, объясняет легкое раскалывание природного камня, даже при малейших усилиях.

Черный, плотный камень добывается из недр, отличается твердостью, способностью оставлять следы на ровной поверхности. Именно поэтому минерал и был назван греками «графитом», от слова пишу – «графо». Другие народы называли породу черным свинцом, скальником, сливовиком, углистым железом. Подобные названия были связаны с тем в каком виде находили породу. Иногда, внешне минерал напоминал нависающие капли, камни, имеющие своеобразный темный оттенок, отливающий словно слива серебристым блестящим оттенком стали.

Алмаз и Графит

Такой уникальный вид природному элемент присущ за счет того, что он формируется не в чистом виде, а включает в себя другие породы. Примеси, входящие в камень различны, в нем можно отыскать даже золото. Именно поэтому приходится выполнять несколько этапов очищения, прежде чем будет получен уникальный, чистый природный материал.

Удивительно, но металлурги знают, что раскаленный чугун, при остывании способен выделять большое количество искусственного графита, который практически не уступает по свойствам природному собрату. Поэтому сегодня вполне реально получить искусственный заменитель незаменимого природного материала.

Месторождение и добыча

Отыскать графитовые залежи можно во многих уголках планеты. Общее число ресурсов колеблется в пределах 600 миллионов тонн. Ежегодно добывается чуть выше 600 тысяч тонн минерала. Добыча производится в Китае, Чехии, Мексике, Южной Кореи, Бразилии, Украине, Канаде, России, других странах.

Зарождение природного ископаемого располагается по соседству с другими породами. Нередко залежи натурального графита располагаются рядом с известковыми, гранитными породами, гнейсом, слюдой. Представляют собой волокнистые, кристаллические вкрапления.

Крупные скопления минерала представляют собой непрозрачные, земляные, серые, чешуйчатые массы, их форма меняется в зависимости от месторождения. Отсюда собственно и оттенок камня, который меняется от серого, стального, до смолянисто черного. Кусками минерал добывают подземными способами, открытыми способами ведется добыча графитовой руды.

• литейную;
• элементную;
• электроугольную;
• аккумуляторную;
• карандашную;
• смазочную форму графита.

Кроме того, особо ценной считается специальная марка, предназначенная исключительно для ядерных реакторов. Производство основано на общих требованиях к предъявляемой продукции в соответствии с назначением.

Физические и химические свойства

Графит отличается плотностью, диамагнитностью, хорошей теплопроводимостью, которая выше кирпичной в пять раз. Минерал поддается плавлению при температуре 3 845-3 890 °С. Закипает при 4 200 °С, тепло выделяемое при сжигании достигает предела 7 832 ккал.

Материал по отношению к любой жидкости, газу, твердым веществам, остается инертным. В расплавленных металлах, температура плавления которых выше самого камня, полностью растворяется. Допускается взаимодействие с другими веществами в период плавления.

Плотность породы 2,23 г/ см3, она легко сгибается, разрезается. Плотность по шкале Мооса не превосходит число 1. Оставаясь эластичным, пластичным, жирным, графит нашел широкое применение в промышленности, используется как смазочный компонент.

Сравнение свойств графита и алмаза

Несмотря на то, что графит и алмаз считаются подвидами углерода, минералы имеют существенное отличие. Плотность графита в отличие от алмаза на 9 единиц ниже, по шкале Мооса. Основное отличие в расположении атомной решетки. Атом углерода алмаза, соединяется с четырьмя расположенными рядом. Однако, если графит поместить в среду выше 1 500 °С, то его кристаллическая решетка может плавно перейти по строению схожему с алмазной. Именно поэтому иногда можно услышать шуточное высказывание о том, что графит можно считать братом алмазов и угля.

Область применения

Основной особенностью графита можно считать его широкомасштабную сферу применения. Используется данный минерал в том или ином виде не только в промышленных сферах, но и быту, каждый человек практически ежедневно пользуется предметами, которые изготавливают на основе графита. Графитовые изделия, вещества, отличаются высоким качеством, долгим сроком эксплуатации, поэтому остаются востребованными, порой даже незаменимыми. Формирование разного рода деталей выполняется за счет высокой пластичности материала. В твердом состоянии природный элемент остается максимально доступным к обработке.

В литейном деле, графитовый порошок используется как смазочный компонент для форм при литье. Металлургическая отрасль, на основе уникального минерала изготавливает тугоплавкие ковши, производит формы для разных сплавов, своеобразные емкости для кристаллизации разных веществ. Минерал стал «ингредиентом» огнеупорного кирпича, красок, карандашей, шлифовальных, полировочных паст, пластмассы. Краска на основе такого компонента обладает антикоррозийными свойствами, используется при окрашивании металла, бетона, чугуна. Незаменим графит при изготовлении электродов, электропроводов. Благодаря графиту, производят искусственные формы алмаза.

Машиностроительная сфера использует минерал при изготовлении поршневых, подшипников, при обработке дверных петлей, велосипедных, мотоциклетных цепей, автомобильных рессоров. Даже медицина оценила природный минерал, найдя применение при лечении кожных патологий. Считается, что вещество способно ускорять заживление, рассасывание рубцов, предотвращать появление спаек, улучшает обменные функции организма. Обладая такими лечебными свойствами, графит стал чуть ли не основным составляющим многих высокоэффективных медикаментозных препаратов.