Графіт: щільність, властивості, особливості застосування та види

Графіт є речовиною, яка зустрічається в природі. Це одна з модифікацій вуглецю, яка характеризується певною кристалічною решіткою. Це обумовлює властивості, якими володіє графіт. У природі вуглець зустрічається в двох основних видах. Це графіт і алмаз. Їх хімічна формула ідентична, але фізичні властивості радикально відрізняються. Саме будова кристалічної решітки впливає на ці характеристики. У ній є вільні електрони, які визначають фізичні властивості речовини. Графіт, щільність, види та сфера застосування якого цікаві для багатьох виробництв, варто розглянути детальніше.

Основні властивості

Графіт являє собою сіре речовина з металевим блиском. Воно володіє високою теплопровідністю (355 Вт/град./см). Завдяки цьому графіт активно застосовують в різних сферах промисловості. Цей показник вище, ніж у цегли, що пояснюється наявністю рухомих електронів в кристалічній решітці. Вони також сприяють доброї електропровідності. У всіх агрегатних станах це речовина характеризується низьким опором току (від 04 до 06 Ом). Графіт є інертною речовиною, яка не розчиняється хімічно активними компонентами. Це можливо тільки при попаданні його в середу розплавленого металу з високою точкою кипіння. Графіт в таких умовах розплавляється повністю, утворюючи карбіди. Низький коефіцієнт тертя і висока точка плавлення обумовлюють хороші герметизуючі якості. Щільність графіту (кг/м3) становить 223. Але при цьому матеріал добре згинається і ріжеться.

Структура

Розглядаючи, яка щільність у графіту, а також властивості та види, необхідно приділити увагу його структурі. Це шаруваті речовина. Його атоми вуглецю шикуються в кристалічну ґрати, схожу на стільники. Шестикутники в одному шарі щільно прилягають один до одного. Однак зв'язок між кожним рівнем слабка. Саме ця особливість дозволяє легко зламати графіт.


За шкалою Мооса твердість матеріалу дорівнює одиниці. Для порівняння, у алмазу цей показник дорівнює 10 а у керамограніта – 5. При температурі 1500°С, згідно з дослідженнями вчених, кристалічна решітка графіту може перетворюватися в алмаз. У процесі промислової обробки структура речовини змінюється. Разом з цим у різних марок графіту визначаються неоднакові властивості. Якщо ж добутий матеріал не був оброблений штучно, це природний тип речовини.

Природний графіт

Графіт, щільність і властивості якого значно відрізняються в залежності від марки виробника, у природних умовах зустрічається у 2 основних варіантах. Перший тип називається гексагональним. Він володіє кристалічною решіткою, в якій половина атомів у кожному шарі знаходиться над і під центром шестикутника. Друга модифікація – ромбоедрическая. Кожен четвертий шар повторює перший. Ця модифікація в природі зустрічається тільки у вигляді домішок. Якщо це речовина нагрівати при температурі 2500-3300 До, то його кристалічна решітка перетвориться в гексагональну. У природних умовах матеріал частіше зустрічається саме в цьому вигляді.

Склад

У природі графіт ніколи не зустрічається в чистому вигляді. Він містить досить велику кількість золи (іноді до 20%). Вона складається з безлічі різних сполук (FeO, MgO, CuO, CaO і т. д.). До 2% маси в природному графіті можуть займати гази. Може також бути присутнім бітум і вода. Щільність порошку графіту змінюється в залежності від дисперсионности, наявності часу. Вказане вище значення може знижуватися до 209 кг/м 3 . На дотик графіт жирний. Якщо його взяти руками, на пальцях залишиться характерний слід. Тому з такого матеріалу створюють стрижні для простого олівця. Він залишає чіткий слід на папері.

Штучний графіт

Для виробництва дуже важливо враховувати, яка щільність графіту. Фізика дає зрозуміти, що чим більше густина цієї речовини, тим більше його теплопровідність. Штучний графіт характеризується високою чистотою (до 99%). Це також значно збільшує щільність матеріалу. Виробництво очищеного графіту здійснюється шляхом термохімічних і термомеханічних впливів. Для кожної галузі виробництва виготовляється речовина з певним набором якостей. Це дозволяє задовольнити потреби промисловості в графіті із заданими фізичними характеристиками. Маркування речовин, створених штучно, включає в себе розбивку типів матеріалу сфері призначення. Розрізняють ливарний, електроугольний, акумуляторний, елементний, мастильний і олівцевий графіт. Існують також спеціальні марки, застосовувані в ядерних реакторах.

Сфера застосування

При виробництві задаються властивості графіту. Застосування цього речовини повністю залежить від них. Графіт використовують у металургії при виготовленні тугоплавких форм або ковшів, ємностей. При ливарному процесі порошок з представленого речовини використовується у вигляді мастила. Однією з складових вогнетривкої цегли є також графіт. Його додають у суміш при виготовленні пластмаси. Для виготовлення контактів електроприладів також застосовується цей матеріал. Цьому сприяють електропровідні властивості речовини. Графітові олівці відомі, мабуть, кожному людині. Цей матеріал також застосовується при виробництві деяких видів фарб. При цьому застосовується саме чорний (сірий) графіт. Така фарба володіє антикорозійними властивостями.
З представленого природного мінералу отримують штучні алмази. Їх застосовують при виготовленні надміцних ріжучих інструментів. У машинобудуванні графітовий порошок виступає матеріалом для підшипників, а також поршневих і ущільнювальних кілець. У вигляді мастильного матеріалу він підходить для обробки велосипедних ланцюгів, автомобільних ресор, дверних петель. Навіть у складі багатьох лікарських препаратів можна зустріти графіт.

Застосування в харчовій промисловості

Представлене речовина також широко застосовується в харчовій промисловості. Для цього при виробництві воно підлягає певній обробці. Щільність заліза, етилового спирту, графіту і цукру, зі зрозумілих причин, різна. Але представлений матеріал може як містити в собі, так і входити до складу деяких речовин. Він знаходиться в парафінах, ефірах, спирті і навіть у сахарі. У цьому можна переконатися, якщо провести нескладний досвід. Спочатку потрібно взяти шматочок цукру. Його кладуть на тверду кришку і накривають ковпачком (можна наперстком). Потім метал, яким накритий цукор, сильно нагрівають. З-під наперстка з часом стане виділятися їдкий дим. Якщо до нього піднести сірник, газ стане горіти. Коли дим перестане виділятися, можна зняти наперсток. На кришці залишається чорна маса. Це вугілля. Він являє собою вуглець, з якого і складається графіт.

Знаходження в природі

Графіт, щільність якого залежить від його чистоти, знаходиться в природі у досить великих кількостях. Щорічно у всьому світі видобувається близько 600 тис. т цієї речовини. Найбільші запаси його зосереджені в Мексиці, Чехії, Китаї, Україні, Бразилії, Росії, Канаді та Південній Кореї. З давніх часів родовища графіту викликали інтерес людства. Сьогодні ці природні ресурси розробляють з метою забезпечення промисловості матеріалами з необхідними якостями. Графіт знаходять у гранітах, вапнякових породах, слюди або гнейсах у вигляді волокнистих або кристалічних вкраплень. Видобуток виконується відкритим і підземним способами.

Вартість графіту

Графіт, щільність і чистота якого впливають на його вартість, сьогодні реалізується за досить прийнятними цінами. На це впливає розмір його кристалів, а також вміст вуглецю. Чим воно вище, тим дорожче коштує графіт. При досить великому вмісті вуглецю підвищуються фізичні властивості матеріалу. Це цінно для самих різних галузей промисловості. Сьогодні середня вартість графіту становить близько 45 руб./кг. Якщо ж його обробляли штучно, вартість значно збільшується. Також ціна на природний мінерал залежить від розташування родовища. Ознайомившись з основними властивостями і характеристиками графіту, можна зробити висновок, що від його щільності залежить як вартість, так і технічні якості матеріалу. Тому здобутий у природі мінерал підлягає подальшій обробці. Це підвищує його якості.