Что такое графит? Формула, свойства и применение графита

 Графит — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита. Различают месторождения кристаллического графита, связанного с магматическими горными породами или кристаллическими сланцами, и скрытокристаллического графита, образовавшегося при метаморфизме углей.  

СТРУКТУРА

Гексагональная кристаллическая полиморфная (аллотропная) модификация чистого углерода, наиболее устойчивая в условиях земной коры. 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

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m). Различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтобы показать его слоистую структуру.

СВОЙСТВА

Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твёрдостью (1 по шкале Мооса). Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного твёрже, и становится очень хрупким. Плотность 2,08—2,23 г/см³. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10—12 % примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).

Теплопроводность графита от 278,4 до 2435 Вт/(м*К), зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры.

Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна, в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300—1300 К, причём положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.

Коэффициент теплового расширения графита до 700 К отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение с повышением температуры уменьшается. Выше 700 К коэффициент теплового расширения становится положительным. В направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, коэффициент теплового расширения положителен, практически не зависит от температуры и более чем в 20 раз выше среднего абсолютного значения для базисных плоскостей.

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).

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. Сопутствующие минералы: кварц, пирит, гранаты, шпинель.

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.

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

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/B.02-10
Nickel-Strunz (10-ое издание)	1.CB.05a
Dana (7-ое издание)	1.3.5.2
Dana (8-ое издание)	1.3.6.2
Hey’s CIM Ref.	1.25

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала	железно-чёрный переходящий в стально-серый
Цвет черты	чёрный переходящий в стально-серый
Прозрачность	непрозрачный
Блеск	полуметаллический
Спайность	весьма совершенная по {0001}
Твердость (шкала Мооса)	1-2
Излом	слюдоподобный
Прочность	гибкий
Плотность (измеренная)	2.09 — 2.23 г/см3
Радиоактивность (GRapi)

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Тип	одноосный (-)
Показатели преломления	nω = 1.93-2.07
Анизотропия	чрезмерная
Цвет в отраженном свете	железно-чёрный переходящий в стально-серый
Плеохроизм	сильный, цвет красный
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении	не флюоресцентный

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Точечная группа	6mm — дигексагонально-пирамидальный
Пространственная группа	P63mc
Сингония	гексагональная
Параметры ячейки	a = 2.461Å, c = 6.708Å
Двойникование	по {1121}

Интересные статьи:

ГранатМедьАлмаз — царь камнейАгатАгат — счастливый камень

Графит – это представитель класса самородных камней. По своей структуре он многослойный, но мягкий настолько, что его можно резать ножом. Кристаллы вещества часто задействуют во многих промышленных сферах.

Что такое графит

Графит представлен веществом серого цвета с металлическим отблеском. Минерал очень распространен в природе, он образует крупные скопления кристаллов. Часто его можно найти выраженным кристаллическими включениями в другие горные породы: гнейсы, слюду, известняк и гранит.

Минерал формируется под влиянием экстремально высоких температур.

Особенности минерала обусловлены скольжением структурных слоев относительно друг друга. Он обладает высокой теплопроводностью, что ценится в промышленности.

В натуральной среде минерал имеет несколько модификаций и разновидностей. Он подразделен по структурному признаку на гексагональный и ромбоэдрический тип.

Для ромбоэдрической модификации первому идентичен каждый четвертый слой. Такой тип графита встречается преимущественно в качестве примесей. В гексагональном варианте характерна кристаллическая решетка, у которой половина атомов смещена к центру шестиугольника.

Разновидности минерала

Природный графит является аллотропным соединением из углерода с содержанием примесей. В зависимости от состава его можно классифицировать:

По сферам применения и содержанию примесей:

• Пиролитический – искусственно воспроизведенный минерал применяется в инструментах для микроскопических исследований.
• Коллоидный – технический графит, используемый в промышленности, преобразованный из чистейшего искусственного камня в порошок.
• Силицированный – устойчивое к эрозиям и коррозиям вещество, полученное искусственным методом с добавлением жидкого кремния при изготовлении.

По структуре	По цвету
Чешуйчатый	Серебристый серый
Графитовый сланец	Белый
Волокнистый	Матовый светлый
Плотнокристаллический	Черный

История и происхождение минерала

Точная история вещества не может быть установлена до сих пор. Причиной этому служит сходство с другими веществами, красящие свойства которых подобны графиту. Первое упоминание минерала в истории связано с глиняной посудой культуры Боян-Марицы, раскрашенной с использованием минерала.

Название «графит» предложено химиком Абраамом Вернером. Он первый заметил красящее свойство вещества, что объясняет корень названия «графос» – «писать» по-гречески.

Минерал известен еще как «карбидное железо», «черный свинец», «серебристый свинец».

Вкрапления минерала в виде кристаллов можно найти в других органических породах: сланцах, мраморах и др. Образование вещества происходит под воздействием давления и высоких температур среди вулканических или магматических пород. Внушительные россыпи графита появляются в результате естественного пиролиза каменного угля.

Сопутствующие по нахождению минералы:

• шпинель;
• гранаты;
• пирит;
• горный хрусталь.

Месторождения и обработка камня

Добыча графита может выполняться наземными и подземными способами. Часто структура минерала зависит от его местонахождения.

В крупнейшем Ботогольском месторождении добываются преимущественно плотнокристаллические виды. Они сосредоточены в виде гнезд и рассеянных россыпей близ сиенитов и известняков.

Минерал чешуйчатой структуры находят в Тайгинском месторождении. Добываемые там минералы отличаются формой кристаллов в виде лепестков или пластинок. Они пластичны, обладают жирным блеском и мажутся при взаимодействии.

Минерал, появившийся из-за каменноугольного пиролиза, добывают преимущественно в Курейском месторождении. Крупные залежи кристаллов образуются под влиянием природных явлений, например магматических излияний на каменноугольные отложения.

Главные экономически значимые центры по нахождению графита сосредоточены:

• в России;
• США;
• Гренландии;
• Германии;
• Италии;
• Австралии;
• Канаде;
• Бразилии.

В России расположены три крупнейших месторождения вещества. Славятся они разнообразием добываемого минерала:

• Ботогольское месторождение в Бурятии – графит плотнокристаллического типа.
• Курейское в Краснодарском крае – чешуйчатый, мелкокристаллический, графитовые сланцы.
• Ногинское в Красноярском крае – минерал высочайшего качества, плотнокристаллический.

Тайгинский графитовый карьер

Обрабатывают минерал только в промышленных целях. Мягкость структуры требует осторожности и технологической точности в этом деле. Необходимо правильно выбирать инструменты и методы токарной обработки минерала, иначе он даст сколы, трещины. От обработки напрямую зависит качество будущего изделия.

В процессе промышленной обработки графита изменяется его структура. Поэтому у вещества под разными марками разные свойства и показатели прочности. Эти моменты зависят от квалификации специалистов, токарных устройств и программы шлифовки.

Иногда минерал не обрабатывают искусственным путем вовсе, в обиходе это зовется природным типом вещества.

К просмотру как обрабатывают графит:

Искусственный графит

Для производства синтетического графита на кокс (побочный продукт обработки каменного угля) и пек (остатки перегонки нефтяных смол и каменноугольного дегтя) при высоких температурах воздействуют химически и механически.

От марки графита зависит соотношение пека и кокса, что отражается на его дальнейших свойствах. Обычно такой минерал обладает высокой чистотой (до 99 %). От его технических характеристик зависит дальнейшая область применения. В производственном цикле часто присутствуют еще дополнительные стадии просева, отбраковки исходного материала, прокаливания, пропитки.

Искусственный графит подразделяют по маркам в зависимости от сферы применения:

• элементный;
• смазочный;
• электроугольный;
• литейный;
• карандашный;
• аккумуляторный;
• специальная марка, применяемая в эксплуатации ядерных реакторов.

Свойства и применение графита

Еще при производстве графита закладываются специальные качества с уклоном в определенную отрасль. У некоторых видов повышена теплопроводность, у других – электропроводность или прочность. Используют вещество с учетом этих особенностей.

Применение графита приходится на:

• Изготовление карандашей, красок. В этой области применяется исключительно черный графит. Такая краска имеет антикоррозийные свойства, устойчива к эрозии.
• В металлургии при производстве тугоплавких емкостей, различных форм.
• При литье порошок из графита используют как смазку. Добавляют его в состав огнеупорного кирпича и пластмассовых изделий.
• Высокая электропроводность материала позволяет делать из него контакты для электроприборов.
• Из природного минерала можно получить искусственные алмазы, необходимые в производстве сверхпрочных режущих инструментов.
• В машиностроении из него делают подшипники, поршневые, уплотненные кольца.
• Мажущий графит часто применяют в изготовлении велосипедных цепей, рессорах автомобилей.
• Применим в медицине. Нередко содержится в составе лекарств.
• В пищевой промышленности минерал также находит применение. Его можно найти в составе парафинов, эфиров, спиртах и даже в сахаре.

Физико-химические свойства

Главные характеристики и оптические свойства графита:

• Химическая формула: C – углерод.
• В состав, помимо углерода, могут входить абсорбированный газ, механические примеси. После сжигания частично остаются в золе. Иногда включает воду и битум.
• Удельное сопротивление: 8 Ом*квадр. мм/м.
• Твердость: 1–2 по шкале Мооса.
• Плотность: 2,15 г/куб. см.
• Температура плавления выражена в 3890 градусах по Цельсию.
• Полуметаллический блеск.
• Структура: один атом углерода имеет ковалентные связи с тремя другими соседними атомами углерода.
• Тип кристаллической решетки: ромбоэдрическая, гексагональная.
• Электропроводность приближена к электропроводности металлов по абсолютной величине и знаку температурного коэффициента.
• Удельная теплоемкость: в интервале температуры от 200 до 2000 К.
• Теплопроводность: 100–355 Вт/(м*К), зависит от марки.
• Магнитные свойства: монокристаллам вещества свойственна диамагнитность. Коэффициент Холла изменяется с положительного на отрицательный при 2400 К.
• Растворимость: кроме расплавленных металлов, не способен растворяться в других растворителях, особенно в тех, у которых высокая температура плавления.
• Химически инертен к другим веществам.
• Слюдоподобный излом.
• Цветовая палитра выражена серебристым, серым, черным цветом.

Посмотреть эту публикацию в Instagram

Публикация от Магазин Радость (@radost_magazin)4 Июн 2019 в 11:01 PDT

Возможно, вы однажды слышали, что если съесть карандашный графит, то поднимется температура. Такая байка некогда была популярна среди школьников.

Кто-то пользовался этим методом, чтобы прогуливать уроки. Но скорее всего, вместо температуры ребенок, проглотив минерал, содержащийся в грифеле карандаша, получит пищевое расстройство или отравление.

Графит является одним из важнейших материалов, применяемых в промышленности. Месторождения минерала значимы для всей экономики страны. Такие ресурсы ценятся за свои полезные свойства при изготовлении различных изделий и в самом процессе производства.

Как вы думаете, смог бы графит найти применение в быту? Делитесь мнением в комментариях, делайте репост в социальные сети.

Этот минерал знаком каждому с детства. Сердцевина карандаша – не что иное, как камень графит.

Минерал задействован и в серьезных сферах деятельности, включая науку, оборонный комплекс и ядерный сектор.

Содержание

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.

В природе «чистый» минерал не замечен, среди примесей обнаружены редкие, ценные металлы.

Налажено производство искусственного графита.

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.

Графитом минерал предложил именовать Абраам Вернер. Этот прославленный химик, «окрестивший» десятки камней, взял за основу свойство минерала оставлять четкий красящий след.

Древнегреческий термин γράφω означает «пишу».

На территории России графит найден в 1826 году на Урале.

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

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 {0001}
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.

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.

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.

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.
  

  

• Добавка к составу пластиковых изделий, огнеупоров (керамики, кирпича).
• Исходник частей электроприборов, подшипников, автомобильных рессор.
• Краска, используемая промышленностью и в быту как защитное покрытие от ржавчины.
• Сырье при изготовлении искусственных алмазов.
• Ингредиент лекарств, пищевых парафинов, эфирных субстанций, спиртов, сахара.

Самое известное применение графита – сердцевина карандашей.

Московские ученые создали из графита лекарство для лечения кожных заболеваний.

Как ухаживать за графитом

Графит имеет малую твердость, плотность, слоится, крошится. Эти свойства нужно иметь в виду, чтобы ухаживать за коллекционными образцами и другими изделиями правильно.

Главное – исключить механическое воздействие, падения, удары. Коллекционные образцы лучше сразу покупать с боксом.

Минерал инертен к большинству других веществ, поэтому загрязнения можно удалять теплой водой с моющими средствами.

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.

Минерал «курирует» также эмоциональное здоровье. Его прописывают при утренней головной боли, неврастении, апатии, депрессии.

Магические свойства

Эзотерики утверждают: магия графита создает для владельца мощный щит от внешнего негатива (сглаза, порчи, проклятия).

Изделие или первозданный камень подойдёт как оберег дома, офиса.

Графит по Зодиаку

Астрологи установили, что графит – талисман Овнов. Влияние на остальные знаки Зодиака нейтральное.

Стоимость

В Сети представлено сырье технического назначения и коллекционный материал.

При формировании цены сырья значение придается разновидности, габаритам, проценту углерода. В среднем это 43-47 руб. за кг. Коллекционный материал дороже. Так, образцы минерала 2,5-4,5 см из российских месторождений можно купить за 780-920 руб.

Используемые источники:

• http://mineralpro.ru/minerals/graphite/
• https://zakamnem.ru/vidy/grafit
• https://jgems.ru/podelochnye/grafit