Grafit: hustota, vlastnosti, aplikační vlastnosti a typy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Grafit je látka, která se vyskytuje přirozeně. Jedná se o jednu z modifikací uhlíku, která se vyznačuje určitou krystalovou mřížkou. To určuje vlastnosti, které grafit má. Uhlík se v přírodě vyskytuje ve dvou hlavních formách. Jedná se o grafit a diamant. Jejich chemický vzorec je identický, ale jejich fyzikální vlastnosti jsou radikálně odlišné.

Tyto vlastnosti ovlivňuje struktura krystalové mřížky. Má volné elektrony, které určují fyzikální vlastnosti hmoty. Grafit, jehož hustota, druhy a rozsah jsou zajímavé pro mnohá odvětví, stojí za zvážení podrobněji.

Základní funkce

Grafit je šedá hmota s kovovým leskem. Má vysokou tepelnou vodivost (3,55 W/deg./cm). Díky tomu se grafit aktivně používá v různých průmyslových odvětvích. Toto číslo je vyšší než u cihly, což se vysvětluje přítomností mobilních elektronů v krystalové mřížce. Přispívají také k dobré elektrické vodivosti. Ve všech stavech agregace se tato látka vyznačuje nízkým proudovým odporem (od 0,4 do 0,6 ohmů).

Grafit je inertní látka, která se nerozpouští chemicky aktivními složkami. To je možné pouze tehdy, když se dostane do prostředí roztaveného kovu s vysokým bodem varu. Grafit se za takových podmínek zcela roztaví a vytvoří karbidy.

Nízký koeficient tření a vysoký bod tání mají za následek dobré těsnicí vlastnosti. Hustota grafitu (kg/m3) je 2,23. Ale zároveň se materiál dobře ohýbá a řeže.

Struktura

Vzhledem k hustotě grafitu, stejně jako vlastnostem a typům, je nutné věnovat pozornost jeho struktuře. Jedná se o vrstvenou hmotu. Jeho atomy uhlíku se seřadí v krystalické mřížce podobné včelímu plástu. Šestiúhelníky v jedné vrstvě do sebe těsně zapadají. Vztah mezi jednotlivými úrovněmi je však slabý. Právě tato funkce usnadňuje rozbití grafitu.

Na Mohsově stupnici je tvrdost materiálu jedna. Pro srovnání, u diamantu je tento ukazatel 10, u porcelánové kameniny 5. Při teplotě 1500 °C se podle vědců může krystalická mřížka grafitu přeměnit na diamant.

Při průmyslovém zpracování se struktura hmoty mění. Přitom různé druhy grafitu mají různé vlastnosti. Pokud vytěžený materiál nebyl uměle zpracován, jedná se o přírodní typ látky.

Přírodní grafit

Grafit, jehož hustota a vlastnosti se výrazně liší v závislosti na značce výrobce, se v přírodních podmínkách vyskytuje ve 2 hlavních variantách. První typnazývané šestiúhelníkové. Má krystalovou mřížku, ve které je polovina atomů v každé vrstvě nad a pod středem šestiúhelníku.

Druhá modifikace je romboedrická. Každá čtvrtá vrstva opakuje první. Tato úprava se v přírodě vyskytuje pouze ve formě nečistot. Pokud se tato látka zahřeje na teplotu 2500-3300 K, pak se její krystalová mřížka změní na hexagonální. V přírodních podmínkách se materiál častěji vyskytuje v této formě.

Složení

V přírodě se grafit nikdy nenachází v čisté formě. Obsahuje poměrně velké množství popela (někdy až 20 %). Skládá se z mnoha různých sloučenin (FeO, MgO, CuO, CaO atd.). Až 2 % hmoty v přírodním grafitu mohou být obsazeny plyny. Může být také přítomen bitumen a voda.

Hustota grafitového prášku se liší v závislosti na disperzi, přítomnosti pórů. Výše uvedenou hodnotu lze snížit na 2,09 kg/m3. Grafit je na dotek mastný. Pokud to vezmete rukama, na prstech vám zůstane charakteristická značka. Proto jsou z takového materiálu vytvořeny tyče pro jednoduchou tužku. Zanechává jasnou stopu na papíře.

Umělý grafit

Pro výrobu je velmi důležité zvážit, jaká je hustota grafitu. Fyzika jasně ukazuje, že čím větší je hustota této látky, tím větší je její tepelná vodivost. Umělý grafit se vyznačuje vysokou čistotou (až 99 %). Také výrazně zvyšuje hustotu materiálu.

Výroba rafinovaného grafitu probíhá termochemickými a termomechanickými vlivy. Pro každé výrobní odvětví se vyrábí látka s určitým souborem kvalit. To umožňuje vyhovět potřebám průmyslu v oblasti grafitu s danými fyzikálními vlastnostmi.

Označení umělých látek zahrnuje rozpis typů materiálů podle místa určení. Jedná se o slévárenský, elektrokarbonový, bateriový, elementární, mazací a tužkový grafit. Existují také speciální třídy používané v jaderných reaktorech.

Rozsah použití

Při výrobě se nastavují určité vlastnosti grafitu. Použití této látky je zcela na nich. Grafit se používá v metalurgii při výrobě žáruvzdorných forem nebo pánví, nádob. V procesu odlévání se prášek z předložené hmoty používá jako mazivo. Jednou ze složek žáruvzdorných cihel je také grafit. Přidává se do směsi při výrobě plastů.

Tento materiál se také používá pro výrobu kontaktů elektrických spotřebičů. To je usnadněno elektrickými vodivými vlastnostmi látky.

Grafitové tužky zná snad každý člověk. Tento materiál se také používá při výrobě některých typů nátěrových hmot. V tomto případě je použit černý (a ne šedý) grafit. Tato barva má antikorozní vlastnosti.

Umělé diamanty se získávají z prezentovaného přírodního minerálu. Používají se, kdyžvýroba těžkých řezných nástrojů. Ve strojírenství působí grafitový prášek jako materiál pro ložiska, stejně jako pro pístní a těsnicí kroužky. Jako mazivo je vhodné pro zpracování řetězů jízdních kol, automobilových pružin, dveřních pantů.

Dokonce i mnoho léků obsahuje grafit.

Aplikace na jídlo

Předkládaná látka je také široce používána v potravinářském průmyslu. K tomu při výrobě prochází určitým zpracováním. Hustota železa, ethylalkoholu, grafitu a cukru je z pochopitelných důvodů odlišná. Ale prezentovaný materiál může obsahovat i být součástí některých látek. Nachází se v parafinech, esterech, alkoholu a dokonce i cukru.

To lze ověřit jednoduchým experimentem. Nejprve musíte vzít kousek cukru. Položí se na tvrdé víko a přikryje se uzávěrem (můžete použít náprstek). Poté se kov, kterým je cukr pokryt, silně zahřeje. Postupem času bude z pod náprstku vycházet štiplavý kouř. Pokud k němu přinesete zápalku, plyn bude hořet.

Když přestane vycházet kouř, můžete náprstek vyjmout. Na víku je černá hmota. Tohle je uhlí. Je to uhlík, ze kterého je grafit vyroben.

Být v přírodě

Grafit, jehož hustota závisí na jeho čistotě, se v přírodě vyskytuje v poměrně velkém množství. Ročně se na celém světě vytěží asi 600 tisíc tun této látky. Největšíjeho zásoby jsou soustředěny v Mexiku, České republice, Číně, Ukrajině, Brazílii, Rusku, Kanadě a Jižní Koreji.

Od pradávna vzbuzovala ložiska grafitu zájem lidstva. Dnes jsou tyto přírodní zdroje vyvíjeny s cílem poskytnout průmyslu materiály s požadovanými kvalitami. Grafit se nachází v žulách, vápnitých horninách, slídě nebo rule ve formě vláknitých nebo krystalických vměstků. Těžba se provádí povrchovými a podzemními metodami.

Cena grafitu

Grafit, jehož hustota a čistota ovlivňuje jeho hodnotu, se nyní prodává za poměrně rozumné ceny. To je ovlivněno velikostí jeho krystalů a také obsahem uhlíku. Čím je vyšší, tím je grafit dražší. Při dostatečně vysokém obsahu uhlíku se fyzikální vlastnosti materiálu zvyšují. To je cenné pro průmysl v celé řadě průmyslových odvětví.

Dnes je průměrná cena grafitu asi 45 rublů/kg. Pokud byl zpracován uměle, náklady výrazně rostou. Také cena přírodního nerostu závisí na umístění ložiska.

Když se seznámíme s hlavními vlastnostmi a charakteristikami grafitu, můžeme dojít k závěru, že jak cena, tak technické vlastnosti materiálu závisí na jeho hustotě. Nerost vytěžený v přírodě proto podléhá následnému zpracování. To zvyšuje jeho vlastnosti.