Γραφίτης: πυκνότητα, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και τύποι εφαρμογής

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Ο γραφίτης είναι μια ουσία που εμφανίζεται φυσικά. Αυτή είναι μια από τις τροποποιήσεις του άνθρακα, που χαρακτηρίζεται από ένα ορισμένο κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτό καθορίζει τις ιδιότητες που έχει ο γραφίτης. Ο άνθρακας εμφανίζεται στη φύση με δύο κύριες μορφές. Αυτά είναι ο γραφίτης και το διαμάντι. Ο χημικός τους τύπος είναι πανομοιότυπος, αλλά οι φυσικές τους ιδιότητες είναι ριζικά διαφορετικές.

Είναι η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος που επηρεάζει αυτά τα χαρακτηριστικά. Έχει ελεύθερα ηλεκτρόνια που καθορίζουν τις φυσικές ιδιότητες της ύλης. Ο γραφίτης, του οποίου η πυκνότητα, οι τύποι και το εύρος είναι ενδιαφέροντα για πολλές βιομηχανίες, αξίζει να εξεταστεί με περισσότερες λεπτομέρειες.

Βασικά χαρακτηριστικά

Ο γραφίτης είναι μια γκρίζα ουσία με μεταλλική λάμψη. Έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα (3,55 W/deg./cm). Λόγω αυτού, ο γραφίτης χρησιμοποιείται ενεργά σε διάφορες βιομηχανίες. Αυτό το ποσοστό είναι υψηλότερο από αυτό ενός τούβλου, το οποίο εξηγείται από την παρουσία κινητών ηλεκτρονίων στο κρυσταλλικό πλέγμα. Συμβάλλουν επίσης στην καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε όλες τις καταστάσεις συσσωμάτωσης, αυτή η ουσία χαρακτηρίζεται από χαμηλή αντίσταση ρεύματος (από 0,4 έως 0,6 ohms).

Ο γραφίτης είναι μια αδρανής ουσία που δεν διαλύεται από χημικά ενεργά συστατικά. Αυτό είναι δυνατό μόνο όταν εισέλθει στο μέσο λιωμένου μετάλλου με υψηλό σημείο βρασμού. Ο γραφίτης κάτω από τέτοιες συνθήκες λιώνει εντελώς, σχηματίζοντας καρβίδια.

Ο χαμηλός συντελεστής τριβής και το υψηλό σημείο τήξης έχουν ως αποτέλεσμα καλές ιδιότητες σφράγισης. Η πυκνότητα του γραφίτη (kg/m3) είναι 2,23. Αλλά ταυτόχρονα, το υλικό κάμπτεται και κόβεται καλά.

Δομή

Λαμβάνοντας υπόψη την πυκνότητα του γραφίτη, καθώς και τις ιδιότητες και τους τύπους, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στη δομή του. Αυτή είναι μια στρωματοποιημένη ουσία. Τα άτομα άνθρακα του ευθυγραμμίζονται σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα που μοιάζει με κηρήθρα. Τα εξάγωνα σε ένα στρώμα ταιριάζουν άνετα μεταξύ τους. Ωστόσο, η σχέση μεταξύ κάθε επιπέδου είναι αδύναμη. Είναι αυτό το χαρακτηριστικό που διευκολύνει το σπάσιμο του γραφίτη.

Στην κλίμακα Mohs, η σκληρότητα του υλικού είναι μία. Για σύγκριση, αυτός ο δείκτης είναι 10 για το διαμάντι και 5 για τα κεραμικά από πορσελάνη. Σε θερμοκρασία 1500 ° C, σύμφωνα με τους επιστήμονες, το κρυσταλλικό πλέγμα του γραφίτη μπορεί να μετατραπεί σε διαμάντι.

Κατά τη βιομηχανική επεξεργασία, η δομή της ύλης αλλάζει. Ταυτόχρονα, διαφορετικές ποιότητες γραφίτη έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Εάν το εξαγόμενο υλικό δεν έχει υποστεί τεχνητή επεξεργασία, είναι ένας φυσικός τύπος ουσίας.

Φυσικός γραφίτης

Ο γραφίτης, η πυκνότητα και οι ιδιότητες του οποίου διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με τη μάρκα του κατασκευαστή, βρίσκεται σε φυσικές συνθήκες σε 2 κύριες παραλλαγές. Πρώτος τύποςπου ονομάζεται εξαγωνικό. Έχει ένα κρυσταλλικό πλέγμα στο οποίο τα μισά άτομα σε κάθε στρώμα βρίσκονται πάνω και κάτω από το κέντρο του εξαγώνου.

Η δεύτερη τροποποίηση είναι ρομβοεδρική. Κάθε τέταρτη στρώση επαναλαμβάνει την πρώτη. Αυτή η τροποποίηση εμφανίζεται στη φύση μόνο με τη μορφή ακαθαρσιών. Εάν αυτή η ουσία θερμανθεί σε θερμοκρασία 2500-3300 K, τότε το κρυσταλλικό πλέγμα της θα μετατραπεί σε εξαγωνικό. Υπό φυσικές συνθήκες, το υλικό βρίσκεται πιο συχνά σε αυτή τη μορφή.

Σύνθεση

Στη φύση, ο γραφίτης δεν βρίσκεται ποτέ στην καθαρή του μορφή. Περιέχει αρκετά μεγάλη ποσότητα τέφρας (μερικές φορές έως και 20%). Αποτελείται από πολλές διαφορετικές ενώσεις (FeO, MgO, CuO, CaO κ.λπ.). Έως και 2% της μάζας του φυσικού γραφίτη μπορεί να καταληφθεί από αέρια. Μπορεί επίσης να υπάρχει άσφαλτος και νερό.

Η πυκνότητα της σκόνης γραφίτη ποικίλλει ανάλογα με τη διασπορά, την παρουσία πόρων. Η παραπάνω τιμή μπορεί να μειωθεί σε 2,09 kg/m3. Ο γραφίτης είναι λιπαρός στην αφή. Εάν το πάρετε με τα χέρια σας, ένα χαρακτηριστικό σημάδι θα παραμείνει στα δάχτυλά σας. Επομένως, από τέτοιο υλικό δημιουργούνται ράβδοι για ένα απλό μολύβι. Αφήνει ένα σαφές σημάδι στο χαρτί.

Τεχνητός γραφίτης

Για την παραγωγή, είναι πολύ σημαντικό να λάβετε υπόψη ποια είναι η πυκνότητα του γραφίτη. Η φυσική καθιστά σαφές ότι όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα αυτής της ουσίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμική της αγωγιμότητα. Ο τεχνητός γραφίτης χαρακτηρίζεται από υψηλή καθαρότητα (έως 99%). Αυξάνει επίσης πολύ την πυκνότητα του υλικού.

Η παραγωγή εξευγενισμένου γραφίτη πραγματοποιείται με θερμοχημικές και θερμομηχανικές επιδράσεις. Για κάθε κλάδο παραγωγής παράγεται μια ουσία με ένα συγκεκριμένο σύνολο ποιοτήτων. Αυτό καθιστά δυνατή την κάλυψη των αναγκών της βιομηχανίας σε γραφίτη με δεδομένα φυσικά χαρακτηριστικά.

Η επισήμανση τεχνητών ουσιών περιλαμβάνει ανάλυση των τύπων υλικών ανά προορισμό. Υπάρχουν χυτήριο, ηλεκτροάνθρακας, μπαταρία, στοιχειώδης, λιπαντικός και γραφίτης μολυβιού. Υπάρχουν επίσης ειδικές ποιότητες που χρησιμοποιούνται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Πεδίο εφαρμογής

Κατά την παραγωγή, καθορίζονται ορισμένες ιδιότητες του γραφίτη. Η χρήση αυτής της ουσίας εξαρτάται αποκλειστικά από αυτούς. Ο γραφίτης χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία στην κατασκευή πυρίμαχων καλουπιών ή κουταλιών, δοχείων. Στη διαδικασία χύτευσης, η σκόνη από την παρουσιαζόμενη ουσία χρησιμοποιείται ως λιπαντικό. Ένα από τα συστατικά των πυρίμαχων τούβλων είναι επίσης ο γραφίτης. Προστίθεται στο μείγμα για την κατασκευή πλαστικών.

Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή επαφών ηλεκτρικών συσκευών. Αυτό διευκολύνεται από τις ηλεκτρικές αγώγιμες ιδιότητες της ουσίας.

Τα μολύβια γραφίτη είναι γνωστά, ίσως, σε κάθε άνθρωπο. Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή ορισμένων τύπων χρωμάτων. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται μαύρος (και όχι γκρίζος) γραφίτης. Αυτό το χρώμα έχει αντιδιαβρωτικές ιδιότητες.

Τα τεχνητά διαμάντια λαμβάνονται από το παρουσιαζόμενο φυσικό ορυκτό. Χρησιμοποιούνται ότανπαραγωγή κοπτικών εργαλείων βαρέως τύπου. Στη μηχανολογία, η σκόνη γραφίτη λειτουργεί ως υλικό για ρουλεμάν, καθώς και ως δακτυλίους εμβόλου και στεγανοποίησης. Ως λιπαντικό, είναι κατάλληλο για την επεξεργασία αλυσίδων ποδηλάτων, ελατηρίων αυτοκινήτου, μεντεσέδων πόρτας.

Ακόμη και πολλά φάρμακα περιέχουν γραφίτη.

Εφαρμογές Τροφίμων

Η ουσία που παρουσιάζεται χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων. Για να γίνει αυτό, κατά την παραγωγή, υφίσταται ορισμένη επεξεργασία. Η πυκνότητα του σιδήρου, της αιθυλικής αλκοόλης, του γραφίτη και της ζάχαρης, για ευνόητους λόγους, είναι διαφορετική. Αλλά το παρουσιαζόμενο υλικό μπορεί να περιέχει και να αποτελεί μέρος ορισμένων ουσιών. Βρίσκεται σε παραφίνες, εστέρες, αλκοόλ, ακόμη και ζάχαρη.

Αυτό μπορεί να επαληθευτεί με ένα απλό πείραμα. Πρώτα πρέπει να πάρετε ένα κομμάτι ζάχαρη. Τοποθετείται σε σκληρό καπάκι και καλύπτεται με καπάκι (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια δακτυλήθρα). Στη συνέχεια το μέταλλο με το οποίο καλύπτεται η ζάχαρη θερμαίνεται δυνατά. Με την πάροδο του χρόνου, θα βγαίνει οξύς καπνός κάτω από τη δακτυλήθρα. Εάν του φέρετε ένα σπίρτο, το αέριο θα καεί.

Όταν σταματήσει να εκπέμπει ο καπνός, μπορείτε να αφαιρέσετε τη δακτυλήθρα. Υπάρχει μια μαύρη μάζα στο καπάκι. Αυτό είναι άνθρακας. Είναι ο άνθρακας από τον οποίο αποτελείται ο γραφίτης.

Όντας στη φύση

Ο γραφίτης, του οποίου η πυκνότητα εξαρτάται από την καθαρότητά του, βρίσκεται στη φύση σε αρκετά μεγάλες ποσότητες. Περίπου 600 χιλιάδες τόνοι αυτής της ουσίας εξορύσσονται ετησίως σε όλο τον κόσμο. Το μεγαλύτεροΤα αποθέματά της συγκεντρώνονται στο Μεξικό, την Τσεχική Δημοκρατία, την Κίνα, την Ουκρανία, τη Βραζιλία, τη Ρωσία, τον Καναδά και τη Νότια Κορέα.

Από την αρχαιότητα, τα κοιτάσματα γραφίτη προκάλεσαν το ενδιαφέρον της ανθρωπότητας. Σήμερα, αυτοί οι φυσικοί πόροι αναπτύσσονται για να παρέχουν στη βιομηχανία υλικά με τις απαιτούμενες ποιότητες. Ο γραφίτης βρίσκεται σε γρανίτες, ασβεστολιθικά πετρώματα, μίκα ή γνεύσι με τη μορφή ινωδών ή κρυσταλλικών εγκλεισμάτων. Η εξόρυξη πραγματοποιείται με ανοιχτές και υπόγειες μεθόδους.

Κόστος γραφίτη

Ο γραφίτης, η πυκνότητα και η καθαρότητα του οποίου επηρεάζουν την αξία του, πωλείται πλέον σε αρκετά λογικές τιμές. Αυτό επηρεάζεται από το μέγεθος των κρυστάλλων του, καθώς και από την περιεκτικότητα σε άνθρακα. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο πιο ακριβός είναι ο γραφίτης. Με επαρκώς υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, οι φυσικές ιδιότητες του υλικού αυξάνονται. Αυτό είναι πολύτιμο για τη βιομηχανία σε μια μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών.

Σήμερα το μέσο κόστος του γραφίτη είναι περίπου 45 ρούβλια/κιλό. Αν γινόταν τεχνητή επεξεργασία, το κόστος αυξάνεται σημαντικά. Επίσης, η τιμή ενός φυσικού ορυκτού εξαρτάται από την τοποθεσία του κοιτάσματος.

Γνωρίζοντας τις κύριες ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του γραφίτη, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τόσο το κόστος όσο και οι τεχνικές ιδιότητες του υλικού εξαρτώνται από την πυκνότητά του. Επομένως, το ορυκτό που εξορύσσεται στη φύση υπόκειται σε μεταγενέστερη επεξεργασία. Αυτό ενισχύει τις ιδιότητές του.