Grafite
| Grafite Categoria I : elementi nativi | |
 Grafite nativa | |
| Generale | |
|---|---|
| numero CAS | |
| Classe di Strunz |
1.CB.05a
1 ELEMENTI (metalli e leghe intermetalliche; metalloidi e non metalli; carburi, siliciuri, nitruri, fosfuri) |
| La classe di Dana |
1.3.6.2
Elementi nativi e amalgame 1.3.6.2 Grafite C |
| Formula chimica | VS |
| Identificazione | |
| Forma massa | 12,0107 ± 0,0008 uma C 100%, |
| Colore | grigio metallizzato; grigio scuro; nero |
| Classe di cristallo e gruppo spaziale | dipiramidale diesagonale; P 6 3 / mmc |
| Sistema cristallino | esagonale |
| Rete Bravais | primitivo P |
| Macle | il {1121} |
| Scollatura | perfetto su {0001} |
| Rompere | Minerale settile, conchoidale, irregolare |
| Habitus | cristalli massicci e molto rari |
| Facies | cristalli esagonali |
| Scala di Mohs | da 1.00 a 2.00 |
| Linea | grigio acciaio; nero |
| Sparkle | metallico; albero |
| Proprietà ottiche | |
| Indice di rifrazione | w = 1,93-2,07 |
| Birifrangenza | Monoassiale (-) |
| Fluorescenza ultravioletta | qualunque |
| Trasparenza | opaco |
| Proprietà chimiche | |
| Massa volumica | 2,09-2,23 g / cm³ |
| Temperatura di fusione | Punto di sublimazione: 3652 ° C . ° C |
| Solubilità | in acqua: insolubile |
| Proprietà fisiche | |
| Magnetismo | no |
| Radioattività | qualunque |
| Precauzioni | |
| WHMIS | |
 D2A, D2A : materiale molto tossico che causa altri effetti tossici miscela non testata che può contenere almeno lo 0,1% di un agente cancerogeno (silice cristallina); miscela non testata che può contenere almeno l'1,0% di un prodotto che causa tossicità cronica (silice cristallina) |
|
| Unità di SI e STP se non diversamente specificato. | |
La grafite è una specie minerale cioè, con il diamante , la lonsdaleite e la chaoite , uno degli allotropi nativi del carbonio .
La sua formula chimica è "C" ma le forme native permettono di trovare tracce di idrogeno ("H"), azoto ("N"), ossigeno ("O"), silicio ("Si")., Alluminio ("Al" ), ferro ("Fe") o anche argilla .
Inventore ed etimologia
- I depositi storici sono miniere inglesi Seathwaite (in) usato per la fabbricazione di piombo matita dal XVII ° secolo. Poiché questo minerale ricorda il piombo, che viene quindi utilizzato per disegnare o scrivere, riceve il nome plumbagine . Plumbagine sta gradualmente sostituendo la matita di piombo nelle matite. Fu solo nel 1779 che il chimico svedese Carl Wilhelm Scheele analizzò la plumbagine (che era solito scrivere) e dimostrò che era composta da carbonio puro e non da piombo, dimostrando che questo minerale era una particolare forma cristallina.
- Fu il mineralogista tedesco Abraham Gottlob Werner a coniare il termine “grafite” nel 1789, ispirandosi al greco γράφειν ( graphein = scrivere).
Gitology
È un elemento originario i cui depositi si sono formati a scapito di rocce carboniose (rocce ricche di carbonio, del tipo carbone ). Costituito da carbonio puro, corrisponde al grado ultimo di coalificazione raggiunto in condizioni di metamorfismo o contatto regionale (pegmatiti o depositi idrotermali nell'alone di contatto di alcuni graniti). Può anche essere formato mediante riduzione dei carbonati . Si manifesta nei posatoi “sotto forma di masse lamellari micacee, frondose, compatte o polverulente; raramente in lamelle esagonali; spesso in paillettes irregolari sparse. Ha un aspetto untuoso, macchia le dita e lascia un segno nerastro sulla carta ” .
È presente anche nei meteoriti.
Nel XVIII ° secolo, l'esplorazione di ricchi giacimenti di carbone ha portato a fraintendere le rocce di grafite (scisti, quarziti), tonalità nerastra, l'antrace.
Cristallografia
-
Struttura della grafite.
-
Maglia elementare.
La struttura di grafite è costituito da fogli esagonali non compatti, chiamati graphenes , separati da circa 0.336 nm lungo la direzione del loro normale. In ogni foglio, ogni atomo di carbonio è fortemente legato da legami covalenti di tipo sigma per i suoi 3 elettroni sp 2 e legami covalenti di tipo π per il suo altro elettrone p. Questi legami π sono legami coniugati con i tre atomi vicini, gli elettroni sono molto mobile lì, il che spiega la grande conduttività elettrica e termica e il colore nero della grafite. I legami tra i fogli sono deboli e sarebbero del tipo di legame Van der Waals , il che spiegherebbe la scissione e la bassa durezza . D'altra parte, questo è messo in discussione in lavori recenti. .
Proprietà fisiche
La grafite è la forma stabile del carbonio a temperature e pressioni ordinarie.
L'aspetto della grafite è quello di un solido nero con una lucentezza submetallica; la sua durezza è bassa, tra 1 e 2 sulla scala di Mohs .
A causa della sua struttura in fogli, tutte le proprietà fisiche della grafite sono anisotropiche . In particolare, la conducibilità elettrica è molto diversa nel piano delle lastre e nella direzione perpendicolare.
Politipismo
La grafite esiste in due politipi :
- Graphite- 2H , esagonale cristallo sistema, dihexagonal-bipyramidal cristallo classe, gruppo spaziale P 6 3 / mmc , tipo ABAB impilamento dove piano B è tradotto da rispetto al piano A. Anche se la sua struttura è simile a quella dei metalli che cristallizza con compact impilamento esagonale, la grafite è un metallo non metallico . Ha una certa conduttività elettrica , la sua resistività è di 50 µΩ.m, o 2900 volte quella del rame .
- grafite-3 R , trigonale con reticolo romboedrico, impilabile tipo ABCABC. La struttura romboedrica è instabile: avviene per stampaggio e scompare durante la ricottura. Non si trova mai come una forma pura, ma solo come tendenza all'accatastamento ABC nei cristalli esagonali primari.
Il carbone esiste in tutti gli stati intermedi tra il carbone amorfo e la grafite esagonale. Si parla di grafite "lubrificostratica" (dal latino lubrificare , "rendere scivoloso") quando gli strati vengono spostati parallelamente in modo casuale, e di grafite "turbostratica" (dal latino turbo , "vortice") se vengono ruotati anche a casuale.
Sinonimo
- matita di piombo
- grafitoide (Shepard)
- mixraphite
- mica dei pittori
- matita di piombo
- plumbago
Varietà
- cliftonite (Fletcher): ottaedri di grafite in pseudomorfi di kamacite . Questa varietà è stata per un tempo considerata come un allotropo del carbonio, anche come una pseudomorfosi dopo il diamante . Si trova in alcuni meteoriti ferrosi.
Utilizza
La grafite ha molte applicazioni industriali, in varie forme naturali o sintetiche:
- costruzione meccanica: parti di attrito, guarnizioni, lubrificanti;
- costruzione elettrica: spazzole motore ;
- come agente riducente , in particolare nell'industria siderurgica ( coke da altiforni );
- come elettrodo , ad esempio nell'industria siderurgica (acciaio elettrico);
- come catodo, ad esempio nell'industria dell'elettrolisi dell'alluminio;
- come catodo nella galvanica e in particolare nella galvanotipia ;
- come moderatore nei reattori nucleari ;
- come adsorbente , nei filtri a "carbone attivo".
- come conduttore elettrico ( mod matita , bomba di grafite )
- come scambiatore di calore per il trattamento dell'acido cloridrico (produzione di pigmenti di vernice)
- come il materiale principale della fibra di carbonio
- come materiale principale delle racchette da badminton nell'asta e nel telaio
È anche usato in medicina come assorbente per avvelenamento orale e in uso militare per danneggiare le centrali elettriche come una bomba di grafite .
Nelle arti plastiche , è usato per disegnare . Viene utilizzata in particolare per realizzare matite, spesso sotto il nome errato di " matita di piombo ".
L'uso domestico più comune è la matita .
Può anche essere utilizzato come un composito di lega (con titanio o fibra di vetro ) nella produzione di telai per racchette da tennis (esiste anche in alluminio ).
Una forma pirolitica di grafite viene utilizzata nella produzione di porte per tetrodi di altissima potenza nella trasmissione . Si può menzionare, ad esempio, il tetrodo TH539 che è stato utilizzato fino alMarzo 2003su uno dei due trasmettitori Allouis onde lunghe da 1000 kW.
Produzione
La grafite sintetica è generalmente prodotta dal processo Acheson : i principali produttori nel 2020 sono Showa Denko Carbon , SGL Carbon , Schunk Kohlenstofftechnik (Germania), Imerys (Francia), Tōkai Carbon (Giappone) e Morgan Advanced Materials (Gran Bretagna).
Nel 2019, l'Australian Renewable Energy Agency (ARENA) ha annunciato un aiuto di 9,41 milioni di dollari australiani per un progetto del gruppo Hazer (compagnia australiana di energie rinnovabili) per convertire il biogas (qui dalla digestione anaerobica dei fanghi di depurazione) in grafite e idrogeno (10,72 dollari) impianto dimostrativo da un milione di dollari a Munster, Australia occidentale).
Note e riferimenti
- La classificazione dei minerali scelta è quella di Strunz , ad eccezione dei polimorfi di silice, che sono classificati tra i silicati.
- massa molecolare calcolata dal " peso atomico degli elementi 2007 " su www.chem.qmul.ac.uk .
- GRAFITE (naturale) , scheda di sicurezza (s) del Programma internazionale sulla sicurezza chimica , consultato il 9 maggio 2009
- " Grafite naturale " nel database delle sostanze chimiche Reptox del CSST (organizzazione del Quebec responsabile per la sicurezza e la salute sul lavoro), accesso 25 aprile 2009
- Jean-Claude Boulliard, The Minerals , CNRS Editions,2016, p. 81.
- Francis Ribemont, Beyond the Image: Drawing Techniques Revealed by Science , Rennes Museum of Fine Arts,2007, p. 121.
- Cfr. CAS Hoffmann e Alexander Wilhelm Köhler (a cura di ), " Mineralsystem des Herrn Inspektor Werners ", Bergmännisches Journal , Freyberg, Crazische Buchhandlung, vol. 1,1789, p. 369–386 ( leggi in linea ).
- Alain Foucault , Jean-François Raoult, Dizionario di geologia , Dunod,2001, p. 67.
- Louis Chauris , “ Propos sur le grafite en Bretagne ”, Penn Ar Bed , n o 207,settembre 2009, p. 42.
- Louis Chauris, " Propos sur le graphite en Bretagne ", Penn ar Bed , n . 207,settembre 2009, p. 43.
- YJ Dappe , MA Basanta , F. Flores e J. Ortega , " Debole interazione chimica e forze di van der Waals tra strati di grafene: un approccio alla teoria della perturbazione intermolecolare e funzionale della densità combinata ", Physical Review B , vol. 74,28 novembre 2006, p. 205434 ( DOI 10.1103 / PhysRevB.74.205434 , letto online , accesso 8 marzo 2016 )
- Pierre-Joseph Buc'hoz - Dizionario Mineralogico e Idrologico della Francia, Volume 3 1774 p.590
- Albert Auguste Cochon de Lapparent - Corso di Mineralogia 1908 p.737
- Auguste Drapiez - Dizionario classico di scienze naturali 1840 p.330
- Charles S. Sonnini - Nuovo dizionario di storia naturale Volume 20 1818 - p.505
- Louis Jacques Thenard - Trattato di chimica elementare, teorica e pratica, Volume 1 1817 p.378
- Liz Gyekye (2019) [ https://biomarketinsights.com/australia-backs-tech-that-converts-biogas-into-hydrogen-and-graphite/ "L'Australia sostiene la tecnologia che converte il biogas in idrogeno e grafite"], Biomarketing attrazioni; 4 settembre 2019