Надо Знать![]() |
Введение
Графит (от греч. γραφο - Писать) - минерал класса самородных полуметаллов, стойкий в земной коре кристаллическая разновидность углерода. Писень - староукраинское название графита. 1. Основные характеристикиГрафит - темно-серая непрозрачная вещество, аллотропная форма углерода. В отличие от алмаза графит хорошо проводит электрический ток и тепло и очень мягкий. Примеси: H, N, CO 2, CO, CH 4, NH 3, H 2 S, H 2 O. Структура слоистая. Цвет черный, серый. Сингония гексагональная. Плотность 2,09-2,23. Твердость 1. Блеск металлический, иногда матовый, землистый. Образуется преимущественно вследствие неглибинного метаморфизма горных пород, содержащих органические остатки, и при контаков-пневматолитовых процессах. Г. образует чешуйчатые, столбчатые, массивные, брунькоподибни, сферолитов, цилиндрические зональные агрегаты. Природный Г. различают по величине кристаллов и их взаимным расположением на явнокристаличний (кристаллы более 1 мкм) и прихованокристаличний (менее 1 мкм). В промышленности по величине кристаллов выделяют крупнокристаллическая Г. (более 50 мкм), мелкокристаллический (менее 50 мкм) и тонкокристаличний (менее 10 мкм) Г. жирный на ощупь, берется в руки. Анизотропный. 2. Физико-химические свойства Как и в алмазе, в граффити каждый атом углерода образует друг с другом четыре связи. Однако эти связи не одинаковы. Три из них являются σ-связями, образованными в результате перекрывания sp2-орбиталей атомов углерода. Все они располагаются в одной плоскости под углом 120 ?, образуя непрерывную плоскую сетку, состоящую из правильных шестиугольников, в углах которых находятся атомы углерода. Четвертый Особенности кристаллической структуры графита и незначительная величина сил сцепления между его слоями обусловливают скольжения слоев друг относительно друга даже при малых значениях напряжений сдвига в направлении скольжения. Это позволяет использовать вуглеграфитови материалы как антифрикционные за счет низких сил сцепления между соприкасающимися поверхностями. С другой стороны, отсутствие прочных межслойных связей в графите облегчает отделение его частиц от трущихся деталей. Это обусловливает уменьшение их износа.
Графит, если рассматривать его идеализированную структуру, представляет собой непрерывный ряд слоев, параллельных основной плоскости, состоящие из гексагонально связанных друг с другом атомов углерода (рис. 1.2). По взаимному смещением этих слоев в плоскости различают гексагональную и ромбоэдрической формы. В гексагональной форме слои чередуются по схеме А-В-А-В ..., а в ромбоэдрической - по схеме А-В-С-А-В-С ... Смещение слоев в ромбоэдрической форме может достигать в природный графит 30%, в искусственных она практически не встречается. Расстояние между любыми соседними атомами углерода в плоскости слоя равна 0,1415 нм, между соседними слоями - 0,3354 нм. Такое строение приводит к анизотропии физических свойств графита в направлениях параллельном и перпендикулярном взлома. Описана структура характерна для монокристаллического графита. Реальные тела состоят из множества областей упорядоченности углеродных атомов, имеющих конечные размеры, отличающиеся на несколько порядков для различных образцов углеродистых тел графитовой или графитоподобный структуры. Структура этих областей может приближаться к идеальным решеток графита или отличаться от нее за счет искажений внутри слоев, так и за счет нарушений их чередования. Такие области упорядоченности называются кристаллитами и имеют собственные геометрические характеристики: Lа - средний диаметр, LС - средняя высота кристаллита и Особенность строения кристаллической решетки графита, включая наличие в ней свободных электронов, приводит его физические свойства: низкую твердость, низкий коэффициент трения, высокую электропроводность, близкую к металлам, металлический блеск, непрозрачность и т.д.. Важное промышленное значение имеют также высокая теплопроводность, огнестойкость, химическая твердость, гидрофобность, исключительно высокая жирность и пластичность, высокая способность образовывать тонкие пленки на твердых поверхностях. Графит кристаллизуется в гексагональной сингонии, его слоистая кристаллическая структура характеризуется достаточно прочным ковалентной гомеополярним связью атомов углерода в пределах слоя, и довольно слабым межслойной молекулярным связью. Электропроводность аллотропных модификаций углерода сильно отличается по абсолютной величине. Алмаз является диэлектриком, причем его электросопротивление одинаков во всех направлениях кристалла. Это связано с тем, что все валентные электроны входят в четыре равноценные σ-связи, а свободные В отличие от алмаза в монокристалле графита является σ-связи и В поликристаллических углеродных материалах общая проводимость определяется двумя составляющими: электропроводностью кристаллитов, металлической по своему типу, и проводимостью аморфного углерода-полупроводника. Этим обусловлена, экстремальная зависимость электропроводности многих углеграфитовых материалов от температуры: электросопротивление полупроводника с ростом температуры падает, а металла растет. Поэтому существует минимум температурной зависимости сопротивления, причем его положение сдвигается в область низких температур при совершенствовании кристаллической структуры образца. Таким образом, по положению экстремума можно судить о степени приближения структуры к идеальной графитовой. В монокристалле графита тепло переносится, главным образом, вдоль слоев атомов углерода, что приводит к анизотропии теплопроводности. Электропроводность и теплопроводность графита имеют разную природу. Последняя определяется тепловыми колебаниями решетки монокристалла. Колебания решетки, которое квантуется, ставится в соответствие движение квазичастиц - фононов. Движение фононов в кристалле подобный движения молекул идеального газа в замкнутом объеме и подчиняется таким же кинетическим закономерностям. Фононная проводимость полностью определяет теплопроводность графита в направлении перпендикулярном слоям. В направлении параллельном слоям перенос тепла осуществляется и носителями заряда. Как для изотропного алмаза, так и для анизотропного графита температурная зависимость теплопроводности имеет максимум, положение и уровень которого определяется рядом не до конца выясненных факторов, в частности размером образца, величиной и ориентацией в нем кристаллитов и др.. Положение максимума теплопроводности природного графита находится в области Т = 120-200 К. Существует установленный эмпирическим путем связь между теплопроводностью и электропроводностью графита. При температурах, близких к комнатным, он выражается уравнением:
где ρ - электросопротивление, λ - теплопроводность. Классическая теория теплоемкости дает ее значение для кристаллов при достаточно высоких температурах примерно 25 Дж / (моль ? К). В случае графитов величина теплоемкости соответствует теоретической в температурном интервале 2200-3200 К. Затем она начинает расти по экспоненциальному закону. Этот рост объясняют увеличением количества вакансий в кристаллической решетки, возникающих за счет испарения графита. Тепловое расширение графита анизотропная, как и многие его других физических свойств. Анизотропия характеризуется отношением коэффициентов расширения образца в параллельном и перпендикулярном направлениях взлома. Это отношение для различных графитов находится в пределах от 1 до 30. Графит и алмаз могут при определенных условиях переходить друг в друга. 3. Разновидности графитаРазличают:
Определены природные разновидности графита не бывают безупречно чистыми. Они содержат примеси минералов-спутников, а также углерода, не превратился в графит. 4. Переработка и получения искусственного графита4.1. Обогащение графитовых рудГрафит относится к наиболее легкофлотованих минералов, но его флотованисть зависит от величины кристаллов, характера примесей и степени окисления поверхности. Флотацию графита обычно проводят с использованием керосина (0,2 - 2,5 кг / т) и вспениватель (соснового масла, Т-66 и др..) в щелочной ( рН = 8 - 10) или кислой (рН = 4 - 5) среде, создается содой, известью или серной кислотой. Природный аполярний характер кристаллов графита, их чешуйчатая форма и малая плотность обусловливают легкую флотованисть графита и позволяют флотировать достаточно крупные частицы. 4.2. Получения искусственного графитаВ промышленности графит получают:
Искусственный графит отличается высокой чистотой и мягкостью. По своим качествам он лучше естественный. Искусственный графит по качеству примерно соответствует естественному чешуйчатом и щильнокристаличному, отличаясь большей чистотой и меньшей кристалличность. 5. Графитовые рудыРазличают три типа графитовых руд: чешуйчатые, щильнокристалични, прихованокристалични. Графитовые руды зависимости от структуры графита подразделяются на чешуйчатые, щильнокристалични и прихованокристалични. Наибольшую ценность имеют чешуйчатые руды, в которых графит находится в виде отдельных кристаллов в форме чешуек размером до нескольких миллиметров. Щильнокристалични руды содержат большое количество (до 60 - 70%) графита с размером чешуек менее 0,1 мм, в прихованокристаличних рудах размеры кристаллов не превышают 1 мкм. 6. Месторождения графита6.1. В Украине
6.2. В мире7. ПрименениеГрафит широко применяется для изготовления электродов, в смеси с глиной для производства огнеупорных тиглей. С графита делают обычные карандаши. В смеси с минеральной маслом его используют для смазки машин, работающих при повышенных температурах. Графит имеет уникальные власивости улучшать антифрикционные свойства многих полимерных материалов (фторопласт, полиамиды и др.), которые применяются в качестве деталей узлов трения. См.. такжеИсточники
код для вставки Данный текст может содержать ошибки. скачать |