Qual a propriedade física do grafite?

Grafite
Categoria  I  : Elementos nativos
Qual a propriedade física do grafite?

Grafite nativa
Em geral
Número CAS 7782-42-5
Aula de strunz

1.CB.05a

Aula da dana

1.3.6.2

Fórmula química VS
Identificação
Massa da forma12,0107 ± 0,0008 uma
C 100%,
Cor cinza metálico; cinza escuro; Preto
Classe de cristal e grupo espacialdipiramidal dihexagonal;
P 6 3 / mmc
Sistema de cristal hexagonal
Rede BravaisP primitivo
Macleem {1121}
Decoteperfeito em {0001}
PausaMineral séctil, concoidal, irregular
Habituscristais enormes e muito raros
Faciescristais hexagonais
Escala de Mohsde 1,00 a 2,00
Linhaaço cinza; Preto
Brilharmetálico; mastro
Propriedades ópticas
Índice de refraçãow = 1,93-2,07
BirrefringênciaUniaxial (-)
Fluorescência ultravioletaalgum
Transparênciaopaco
Propriedades quimicas
Massa volumica2,09-2,23 g / cm³
Temperatura de fusãoPonto de sublimação: 3652  ° C . ° C
Solubilidadena água: insolúvel
Propriedades físicas
Magnetismonão
Radioatividadealgum
Precauções
WHMIS
Qual a propriedade física do grafite?

D2A,

Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário.

A grafita é uma espécie mineral que é, junto com o diamante, a lonsdaleíta e a chaoíta, um dos alótropos nativos do carbono .

Sua fórmula química é "C" mas as formas nativas permitem encontrar vestígios de hidrogênio ("H"), nitrogênio ("N"), oxigênio ("O"), silício ("Si")., Alumínio ("Al" ), ferro ("Fe") ou mesmo argila .

Inventor e etimologia

  • Os depósitos históricos são minas britânicas Seathwaite  (in) usados para fazer lápis de ligação do XVII th  século. Como esse mineral se assemelha ao chumbo, que depois é usado para desenhar ou escrever, recebe o nome de plumbagine . A Plumbagine está gradualmente substituindo o lápis de grafite pelos lápis. Só em 1779 o químico sueco Carl Wilhelm Scheele analisou o plumbagine (que costumava escrever) e provou que ele era composto de carbono puro e não de chumbo, mostrando que esse mineral era uma forma cristalina particular: carbono.
  • Foi o mineralogista alemão Abraham Gottlob Werner quem cunhou o termo “grafite” em 1789, inspirando-se no grego γράφειν ( graphein = escrever).

Gitologia

É um elemento nativo cujos depósitos se formaram à custa de rochas carbonáceas (rochas ricas em carbono, do tipo carvão ). Composto por carbono puro, corresponde ao grau último de coalificação conseguido em condições de metamorfismo regional ou contato (pegmatitos ou depósitos hidrotérmicos no halo de contato de certos granitos). Também pode ser formado por redução de carbonatos . Ocorre em poleiros “na forma de massas lamelares micáceas, folhosas, compactas ou pulverulentas; raramente em lamelas hexagonais; frequentemente em lantejoulas irregulares espalhadas. Tem um toque gorduroso, mancha os dedos e deixa uma marca preta no papel ” .
Também está presente em meteoritos.

No XVIII th  século, exploração de ricos depósitos de carvão levou a interpretar mal rochas grafite (xistos, quartzitos), tonalidade escura, como antraz.

Cristalografia

  • Qual a propriedade física do grafite?

    Estrutura da grafite.

  • Qual a propriedade física do grafite?

    Malha elementar.

Qual a propriedade física do grafite?
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A estrutura do grafite é formada por folhas hexagonais não compactas, chamadas grafenos, separadas por aproximadamente 0,336  nm ao longo da direção de sua normal. Em cada folha, cada átomo de carbono está fortemente ligado por ligações covalentes do tipo sigma para seus elétrons 3 sp 2 e ligações covalentes do tipo π para seu outro elétron p. Essas ligações π são ligações conjugadas com os três átomos vizinhos, os elétrons são muito móvel aí, o que explica a ótima condutividade elétrica e térmica além da cor preta do grafite. As ligações entre as folhas são fracas e seriam do tipo Van der Waals, o que explicaria a clivagem e a baixa dureza . Por outro lado, isso é questionado em trabalhos recentes. .

Propriedades físicas

Grafite é a forma estável de carbono em temperaturas e pressões normais.

A aparência do grafite é a de um sólido preto com brilho submetálico; sua dureza é baixa, entre 1 e 2 na escala de Mohs .

Devido à sua estrutura de folha, todas as propriedades físicas do grafite são anisotrópicas . Em particular, a condutividade elétrica é muito diferente no plano das folhas e na direção perpendicular.

Politipismo

A grafite existe em dois politipos  :

  • graphite- 2H, hexagonal cristal sistema, dihexagonal-bipiramidal cristal classe, grupo espacial P 6 3 / MMC, ABAB tipo de empilhamento em que o plano B é traduzido a partir de em relação ao plano A. Embora a sua estrutura é semelhante à de metais que cristalizam com compacto empilhamento hexagonal, o grafite é um não metal . Ele tem uma certa condutividade elétrica, sua resistividade é de 50 µΩ.m, ou 2.900 vezes a do cobre .
  • grafite-3 R, trigonal com rede romboédrica, empilhamento do tipo ABCABC. A estrutura romboédrica é instável: ocorre por moldagem e desaparece durante o recozimento. Nunca é encontrado como uma forma pura, mas apenas como uma tendência ao empilhamento ABC nos cristais hexagonais primários.

O carvão existe em todos os estados intermediários entre o carvão amorfo e a grafite hexagonal. Falamos de grafite "lubricostrática" (do latim lubricare, "tornar escorregadia") quando as camadas são movidas paralelamente ao acaso, e de grafite "turboestrática" (do latim turbo, "vórtice") se também forem giradas em aleatória.

Sinonímia

  • lápis de grafite
  • grafitóide (Shepard)
  • mixrafite
  • mica dos pintores
  • lápis de grafite
  • plumbago

Variedade

  • cliftonita (Fletcher): octaedros de grafita em pseudomorfos de kamacita . Essa variedade foi por um tempo considerada um alótropo de carbono, até mesmo como uma pseudomorfose após o diamante . É encontrado em certos meteoritos de ferro.

Usos

Qual a propriedade física do grafite?

Eletrodos de um forno a arco.

O grafite tem muitas aplicações industriais, em várias formas naturais ou sintéticas:

  • construção mecânica: peças de fricção, vedações, lubrificantes;
  • construção elétrica: escovas de motor  ;
  • como redutor, em particular na siderurgia ( coque de altos-fornos );
  • como eletrodo, por exemplo na indústria do aço (aço elétrico);
  • como cátodo, por exemplo na indústria de eletrólise de alumínio;
  • como um cátodo na galvanoplastia e particularmente galvanotipia  ;
  • como moderador em reatores nucleares  ;
  • como adsorvente, em filtros de "carvão ativado".
  • como um condutor elétrico ( lápis mod, bomba de grafite )
  • como trocador de calor para tratamento de ácido clorídrico (fabricação de pigmento para tinta)
  • como o principal material de fibra de carbono
  • como o principal material das raquetes de badminton no eixo e no quadro

Ele também é usado medicinalmente como um absorvente para envenenamento oral e em uso militar para danificar usinas de energia como uma bomba de grafite .

Nas artes plásticas, é usado para desenhar . É usado principalmente para fazer lápis, muitas vezes com o nome incorreto de "  grafite  ".

O uso doméstico mais comum é o lápis .

Também pode ser usado como um composto de liga (com Titânio ou Fibra de Vidro ) na fabricação de armações de raquetes de tênis (também existe em Alumínio ).

Uma forma pirolítica de grafite é usada na fabricação de portões para tetrodos de altíssima potência em radiodifusão . Pode ser feita menção, por exemplo, do tetrodo TH539 que foi usado atéMarço de 2003em uma das duas unidades transmissoras Allouis de onda longa de 1000 kW.

Produção

O grafite sintético é geralmente produzido pelo processo Acheson  : os principais produtores em 2020 são Showa Denko Carbon, SGL Carbon, Schunk Kohlenstofftechnik (Alemanha), Imerys (França), Tōkai Carbon (Japão) e Morgan Advanced Materials (Grã-Bretanha)).

Em 2019, a Australian Renewable Energy Agency (ARENA) anunciou A $ 9,41 milhões em ajuda para um projeto do Hazer Group (empresa australiana de energia renovável) para converter biogás (aqui da digestão anaeróbia de lodo de esgoto) em grafite e hidrogênio ($ 10,72 planta demonstradora de milhões de dólares em Munster, Austrália Ocidental).

Notas e referências

  1. A classificação dos minerais escolhida é a de Strunz, com exceção dos polimorfos da sílica, que são classificados entre os silicatos.
  2. massa molecular calculada de pesos atômicos dos elementos 2007  " em www.chem.qmul.ac.uk .
  3. ↑ a b e c GRAFITE (NATURAL), ficha de segurança (s) de Programa Internacional de Segurança Química, consultado sobre 09 de maio de 2009
  4. "  Grafite natural  " no banco de dados de produtos químicos Reptox da CSST (organização de Quebec responsável pela segurança e saúde ocupacional), acessado em 25 de abril de 2009
  5. Jean-Claude Boulliard, The Minerals, CNRS Editions,2016, p.  81.
  6. Francis Ribemont, Além da imagem: técnicas de desenho reveladas pela ciência, Museu de Belas Artes de Rennes,2007, p.  121.
  7. Cf. CAS Hoffmann e Alexander Wilhelm Köhler ( eds. ), “  Mineralsystem des Herrn Inspektor Werners  ”, Bergmännisches Journal, Freyberg, Crazische Buchhandlung, vol.  1,1789, p.  369-386 ( ler online ).
  8. Alain Foucault, Jean-François Raoult, Dicionário de Geologia, Dunod,2001, p.  67.
  9. ↑ a e b Louis Chauris, “  Propos sur le grafite en Bretagne  ”, Penn AR Cama, n o  207,setembro de 2009, p.  42.
  10. ^ Louis Chauris, "  Propos sur le grafite en Bretagne  ", Penn ar Bed, n o  207,setembro de 2009, p.  43.
  11. YJ Dappe, MA Basanta, F. Flores e J. Ortega, “  Fraca interação química e forças de van der Waals entre camadas de grafeno: Uma abordagem de teoria de perturbação funcional de densidade combinada e intermolecular  ”, Physical Review B, vol.  74,28 de novembro de 2006, p.  205434 ( DOI  10.1103 / PhysRevB.74.205434, ler online, acessado em 8 de março de 2016 )
  12. Pierre-Joseph Buc'hoz - Dicionário Mineralógico e Hidrológico da França, Volume 3 1774 p.590
  13. Albert Auguste Cochon de Lapparent - Curso de Mineralogia 1908 p.737
  14. Auguste Drapiez - Dicionário Clássico de Ciências Naturais 1840 p.330
  15. Charles S. Sonnini - Novo dicionário de história natural Volume 20 1818 - p.505
  16. ^ Louis Jacques Thenard - Tratado sobre química elementar, teórica e prática, Volume 1 1817 p.378
  17. Liz Gyekye (2019) [ https://biomarketinsights.com/australia-backs-tech-that-converts-biogas-into-hydrogen-and-graphite/ “Austrália apoia tecnologia que converte biogás em hidrogênio e grafite”], Biomarketing vistas; 4 de setembro de 2019

Veja também

  • BRGM 2011 Panorama do mercado de grafite, julho de 2012

Qual é a propriedade física do grafite?

O grafite é a forma mais pura do carbono, sendo considerado o melhor condutor térmico e elétrico entre os não metais. É um mineral macio, flexível, altamente refratário e quimicamente inerte. Essas propriedades combinadas fazem com que o grafite seja amplamente utilizado em diversas aplicações industriais.

Qual é a propriedade física que assemelha a grafite e o diamante?

Alotropia é uma propriedade de alguns elementos químicos capazes de formarem diferentes substâncias simples. Amostras dos alótropos do carbono: grafite, diamante e fulereno (da esquerda para a direita).

Qual é a composição química do grafite?

E qual é a composição da grafite? Ela é composta unicamente por átomos de carbono ligados entre si. A fuligem é também composta por carbono (mas não só por ele) e constitui um material altamente sensível, que se dissolve em água.

Por que o grafite é condutor?

Porque o grafite apresenta ligações do tipo , os elétrons são móveis e permitem a passagem de corrente elétrica apenas dentro de uma mesma camada. Tanto o grafite como o diamante apresentam ligações covalentes”.