Grafit: hustota, vlastnosti, aplikačné vlastnosti a typy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Grafit je látka, ktorá sa vyskytuje prirodzene. Ide o jednu z modifikácií uhlíka, ktorá sa vyznačuje určitou kryštálovou mriežkou. To určuje vlastnosti, ktoré má grafit. Uhlík sa v prírode vyskytuje v dvoch hlavných formách. Ide o grafit a diamant. Ich chemický vzorec je rovnaký, ale ich fyzikálne vlastnosti sú radikálne odlišné.

Tieto vlastnosti ovplyvňuje štruktúra kryštálovej mriežky. Má voľné elektróny, ktoré určujú fyzikálne vlastnosti hmoty. Grafit, ktorého hustota, druhy a rozsah sú zaujímavé pre mnohé odvetvia, stojí za zváženie podrobnejšie.

Základné funkcie

Grafit je sivá látka s kovovým leskom. Má vysokú tepelnú vodivosť (3,55 W/stupeň/cm). Vďaka tomu sa grafit aktívne používa v rôznych priemyselných odvetviach. Toto číslo je vyššie ako u tehly, čo sa vysvetľuje prítomnosťou mobilných elektrónov v kryštálovej mriežke. Prispievajú tiež k dobrej elektrickej vodivosti. Vo všetkých stavoch agregácie sa táto látka vyznačuje nízkym prúdovým odporom (od 0,4 do 0,6 ohmov).

Grafit je inertná látka, ktorú nerozpúšťajú chemicky aktívne zložky. To je možné len vtedy, keď vstúpi do média roztaveného kovu s vysokým bodom varu. Grafit sa za takýchto podmienok úplne roztaví a vytvorí karbidy.

Nízky koeficient trenia a vysoký bod topenia majú za následok dobré tesniace vlastnosti. Hustota grafitu (kg/m3) je 2,23. Ale zároveň sa materiál dobre ohýba a reže.

Štruktúra

Vzhľadom na hustotu grafitu, ako aj vlastnosti a druhy je potrebné venovať pozornosť jeho štruktúre. Toto je vrstvená látka. Jeho uhlíkové atómy sú usporiadané v kryštálovej mriežke podobnej včelím plástom. Šesťuholníky v jednej vrstve k sebe tesne priliehajú. Vzťah medzi jednotlivými úrovňami je však slabý. Práve táto funkcia uľahčuje rozbíjanie grafitu.

Na Mohsovej stupnici je tvrdosť materiálu jedna. Pre porovnanie, pre diamant je tento ukazovateľ 10, pre porcelánovú kameninu 5. Pri teplote 1500 °C sa podľa vedcov môže kryštálová mriežka grafitu premeniť na diamant.

Počas priemyselného spracovania sa štruktúra hmoty mení. Zároveň majú rôzne druhy grafitu rôzne vlastnosti. Ak vyťažený materiál nebol spracovaný umelo, ide o prírodný typ látky.

Prírodný grafit

Grafit, ktorého hustota a vlastnosti sa výrazne líšia v závislosti od značky výrobcu, sa v prírodných podmienkach vyskytuje v 2 hlavných variantoch. Prvý typnazývaný šesťuholníkový. Má kryštálovú mriežku, v ktorej je polovica atómov v každej vrstve nad a pod stredom šesťuholníka.

Druhá modifikácia je romboedrická. Každá štvrtá vrstva opakuje prvú. Táto modifikácia sa v prírode vyskytuje iba vo forme nečistôt. Ak sa táto látka zahreje na teplotu 2500-3300 K, potom sa jej kryštálová mriežka zmení na šesťuholníkovú. V prírodných podmienkach sa materiál častejšie vyskytuje v tejto forme.

Zloženie

V prírode sa grafit nikdy nenachádza vo svojej čistej forme. Obsahuje pomerne veľké množstvo popola (niekedy až 20%). Pozostáva z mnohých rôznych zlúčenín (FeO, MgO, CuO, CaO atď.). Až 2 % hmoty prírodného grafitu môžu zaberať plyny. Prítomný môže byť aj bitúmen a voda.

Hustota grafitového prášku sa mení v závislosti od disperzie, prítomnosti pórov. Vyššie uvedená hodnota môže byť znížená na 2,09 kg/m3. Grafit je na dotyk mastný. Ak ho vezmete rukami, na prstoch vám zostane charakteristická značka. Preto sú z takého materiálu vytvorené tyče pre jednoduchú ceruzku. Na papieri zanecháva jasnú stopu.

Umelý grafit

Pri výrobe je veľmi dôležité zvážiť, aká je hustota grafitu. Fyzika jasne hovorí, že čím väčšia je hustota tejto látky, tým väčšia je jej tepelná vodivosť. Umelý grafit sa vyznačuje vysokou čistotou (až 99%). Tiež výrazne zvyšuje hustotu materiálu.

Výroba rafinovaného grafitu prebieha termochemickými a termomechanickými vplyvmi. Pre každé výrobné odvetvie sa vyrába látka s určitým súborom vlastností. To umožňuje uspokojiť potreby priemyslu v oblasti grafitu s danými fyzikálnymi vlastnosťami.

Označovanie umelých látok zahŕňa rozpis typov materiálov podľa miesta určenia. Existujú zlievarenské, elektrokarbónové, akumulátorové, elementárne, mazacie a ceruzkové grafity. V jadrových reaktoroch sa používajú aj špeciálne triedy.

Rozsah aplikácie

Pri výrobe sa nastavujú určité vlastnosti grafitu. Použitie tejto látky je čisto na nich. Grafit sa používa v hutníctve pri výrobe žiaruvzdorných foriem alebo naberačiek, nádob. V procese odlievania sa prášok z prezentovanej látky používa ako mazivo. Jednou zo zložiek žiaruvzdorných tehál je aj grafit. Pridáva sa do zmesi pri výrobe plastov.

Tento materiál sa používa aj na výrobu kontaktov elektrických spotrebičov. Toto je uľahčené elektrickými vodivými vlastnosťami látky.

Grafitové ceruzky pozná snáď každý človek. Tento materiál sa používa aj pri výrobe niektorých druhov farieb. V tomto prípade je použitý čierny (a nie sivý) grafit. Táto farba má antikorózne vlastnosti.

Umelé diamanty sa získavajú z prezentovaného prírodného minerálu. Používajú sa, keďvýroba vysokovýkonných rezných nástrojov. V strojárstve pôsobí grafitový prášok ako materiál pre ložiská, ako aj piestne a tesniace krúžky. Ako mazivo je vhodné na spracovanie reťazí bicyklov, automobilových pružín, pántov dverí.

Dokonca aj veľa liekov obsahuje grafit.

Potravinové aplikácie

Predložená látka má široké využitie aj v potravinárskom priemysle. Za týmto účelom počas výroby prechádza určitým spracovaním. Hustota železa, etylalkoholu, grafitu a cukru je zo zrejmých dôvodov odlišná. Predložený materiál však môže obsahovať aj byť súčasťou niektorých látok. Nachádza sa v parafínoch, esteroch, alkohole a dokonca aj v cukre.

To sa dá overiť jednoduchým experimentom. Najprv musíte vziať kúsok cukru. Je umiestnený na pevnom viečku a pokrytý uzáverom (môžete použiť náprstok). Potom sa kov, ktorým je cukor pokrytý, silne zahreje. Po čase bude spod náprstku vychádzať štipľavý dym. Ak k nemu prinesiete zápalku, plyn bude horieť.

Keď prestane vychádzať dym, môžete náprstok vybrať. Na vrchnáku je čierna hmota. Toto je uhlie. Je to uhlík, z ktorého je vyrobený grafit.

Byť v prírode

Grafit, ktorého hustota závisí od jeho čistoty, sa v prírode nachádza v pomerne veľkých množstvách. Ročne sa na celom svete vyťaží asi 600 tisíc ton tejto látky. Najväčšíjeho zásoby sú sústredené v Mexiku, Českej republike, Číne, Ukrajine, Brazílii, Rusku, Kanade a Južnej Kórei.

Od staroveku vzbudzovali ložiská grafitu záujem ľudstva. Dnes sa tieto prírodné zdroje vyvíjajú s cieľom poskytnúť priemyslu materiály s požadovanými vlastnosťami. Grafit sa nachádza v granitoch, vápnitých horninách, sľude alebo rule vo forme vláknitých alebo kryštalických inklúzií. Ťažba sa vykonáva povrchovou a podzemnou metódou.

Cena grafitu

Grafit, ktorého hustota a čistota ovplyvňuje jeho hodnotu, sa teraz predáva za pomerne rozumné ceny. To je ovplyvnené veľkosťou jeho kryštálov, ako aj obsahom uhlíka. Čím je vyššia, tým je grafit drahší. Pri dostatočne vysokom obsahu uhlíka sa fyzikálne vlastnosti materiálu zvyšujú. To je cenné pre priemysel v širokej škále priemyselných odvetví.

Dnes je priemerná cena grafitu približne 45 rubľov/kg. Ak bol spracovaný umelo, náklady sa výrazne zvyšujú. Cena prírodného minerálu tiež závisí od miesta ložiska.

Po oboznámení sa s hlavnými vlastnosťami a charakteristikami grafitu môžeme konštatovať, že cena aj technické vlastnosti materiálu závisia od jeho hustoty. Preto minerál vyťažený v prírode podlieha následnému spracovaniu. To zvyšuje jeho kvality.