גרפיט: צפיפות, מאפיינים, תכונות וסוגים של יישומים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

גרפיט הוא חומר המופיע באופן טבעי. זהו אחד השינויים של פחמן, המאופיין בסריג גביש מסוים. זה קובע את התכונות שיש לגרפיט. פחמן מופיע בטבע בשתי צורות עיקריות. אלה הם גרפיט ויהלום. הנוסחה הכימית שלהם זהה, אבל התכונות הפיזיקליות שלהם שונות בתכלית.

זה המבנה של סריג הגביש שמשפיע על המאפיינים האלה. יש לו אלקטרונים חופשיים שקובעים את התכונות הפיזיקליות של החומר. גרפיט, שצפיפותו, סוגיו והיקפו מעניינים עבור תעשיות רבות, ראוי לשקול ביתר פירוט.

תכונות בסיסיות

גרפיט הוא חומר אפור עם ברק מתכתי. יש לו מוליכות תרמית גבוהה (3.55 W/°/cm). בשל כך, גרפיט משמש באופן פעיל בתעשיות שונות. נתון זה גבוה יותר מזה של לבנה, אשר מוסבר על ידי נוכחותם של אלקטרונים ניידים בסריג הגביש. הם גם תורמים למוליכות חשמלית טובה. בכל מצבי הצבירה, חומר זה מאופיין בהתנגדות זרם נמוכה (מ-0.4 עד 0.6 אוהם).

גרפיט הוא חומר אינרטי שאינו מומס על ידי רכיבים פעילים כימית. זה אפשרי רק כאשר הוא נכנס למדיום של מתכת מותכת עם נקודת רתיחה גבוהה. גרפיט בתנאים כאלה נמס לחלוטין, ויוצר קרבידים.

מקדם חיכוך נמוך ונקודת התכה גבוהה מביאים לתכונות אטימה טובות. צפיפות הגרפיט (ק"ג/מ"ק) היא 2.23. אבל במקביל, החומר מתכופף וחותך היטב.

Structure

בהתחשב בצפיפות הגרפיט, כמו גם במאפיינים ובסוגים, יש צורך לשים לב למבנה שלו. זהו חומר שכבות. אטומי הפחמן שלו מסתדרים בסריג קריסטל דמוי חלת דבש. משושים בשכבה אחת משתלבים זה בזה. עם זאת, הקשר בין כל רמה חלש. תכונה זו היא שמקלה על שבירת גרפיט.

בסולם Mohs, קשיות החומר היא אחת. לשם השוואה, מחוון זה הוא 10 עבור יהלום ו-5 עבור כלי חרס חרסינה. בטמפרטורה של 1500 מעלות צלזיוס, על פי מדענים, ניתן להפוך את סריג הקריסטל של גרפיט ליהלום.

במהלך עיבוד תעשייתי, מבנה החומר משתנה. יחד עם זאת, לדרגות שונות של גרפיט יש תכונות שונות. אם החומר המופק לא עבר עיבוד מלאכותי, מדובר בסוג טבעי של חומר.

גרפיט טבעי

גרפיט, שצפיפותו ותכונותיו שונות באופן משמעותי בהתאם למותג היצרן, נמצא בתנאים טבעיים ב-2 גרסאות עיקריות. סוג ראשוןנקרא משושה. יש לו סריג גביש שבו מחצית מהאטומים בכל שכבה נמצאים מעל ומתחת למרכז המשושה.

השינוי השני הוא rhombohedral. כל שכבה רביעית חוזרת על השכבה הראשונה. שינוי זה מתרחש בטבע רק בצורה של זיהומים. אם החומר הזה מחומם בטמפרטורה של 2500-3300 K, אז סריג הגביש שלו יהפוך למשושה. בתנאים טבעיים, החומר נמצא לעתים קרובות יותר בצורה זו.

Composition

בטבע, גרפיט לעולם לא נמצא בצורתו הטהורה. הוא מכיל כמות גדולה למדי של אפר (לפעמים עד 20%). הוא מורכב מתרכובות רבות ושונות (FeO, MgO, CuO, CaO וכו'). עד 2% מהמסה בגרפיט טבעי יכולים להיות תפוסים על ידי גזים. עשויים להיות גם ביטומן ומים.

הצפיפות של אבקת גרפיט משתנה בהתאם לפיזור, נוכחות של נקבוביות. ניתן להפחית את הערך שלמעלה ל-2.09 ק"ג/מ"ר3. גרפיט שומני למגע. אם אתה לוקח את זה עם הידיים, סימן אופייני יישאר על האצבעות שלך. לכן, מוטות לעיפרון פשוט נוצרים מחומר כזה. זה משאיר חותם ברור על הנייר.

גרפיט מלאכותי

לייצור, חשוב מאוד לשקול מהי צפיפות הגרפיט. הפיזיקה מבהירה שככל שהצפיפות של חומר זה גדולה יותר, כך גדלה מוליכות התרמית שלו. גרפיט מלאכותי מאופיין בטוהר גבוה (עד 99%). זה גם מגדיל מאוד את צפיפות החומר.

ייצור של גרפיט מזוקק מתבצע על ידי השפעות תרמוכימיות ותרמו-מכאניות. עבור כל ענף ייצור מיוצר חומר בעל קבוצה מסוימת של איכויות. זה מאפשר לענות על הצרכים של התעשייה בגרפיט עם מאפיינים פיזיים נתונים.

תיוג של חומרים מלאכותיים כולל פירוט של סוגי חומרים לפי יעד. יש יציקה, אלקטרופחמן, סוללה, גרפיט אלמנטרי, סיכה ועיפרון. ישנן גם דרגות מיוחדות המשמשות בכורים גרעיניים.

היקף היישום

במהלך הייצור נקבעות תכונות מסוימות של גרפיט. השימוש בחומר זה תלוי לחלוטין בהם. גרפיט משמש במטלורגיה בייצור תבניות עקשן או מצקות, מיכלים. בתהליך היציקה, האבקה מהחומר המוצג משמשת כחומר סיכה. אחד המרכיבים של לבנים עקשן הוא גם גרפיט. זה מתווסף לתערובת בייצור פלסטיק.

חומר זה משמש גם לייצור מגעים למכשיר חשמלי. זה מתאפשר על ידי תכונות המוליכות החשמליות של החומר.

עפרונות גרפיט ידועים, אולי, לכל אדם. חומר זה משמש גם בייצור של כמה סוגים של צבעים. במקרה זה, משתמשים בגרפיט שחור (ולא אפור). לצבע זה תכונות אנטי קורוזיה.

יהלומים מלאכותיים מתקבלים מהמינרל הטבעי המוצג. הם משמשים מתיייצור כלי חיתוך כבדים. בהנדסת מכונות, אבקת גרפיט משמשת כחומר למיסבים, כמו גם בוכנה וטבעות איטום. כחומר סיכה מתאים לעיבוד שרשראות אופניים, קפיצי רכב, צירי דלת.

אפילו תרופות רבות מכילות גרפיט.

יישומי מזון

החומר המוצג נמצא בשימוש נרחב גם בתעשיית המזון. לשם כך, במהלך הייצור, הוא עובר עיבוד מסוים. הצפיפות של ברזל, אלכוהול אתילי, גרפיט וסוכר, מסיבות ברורות, שונה. אבל החומר המוצג יכול גם להכיל וגם להיות חלק מחומרים מסוימים. הוא נמצא בפרפינים, אסטרים, אלכוהול ואפילו סוכר.

ניתן לאמת זאת על ידי ניסוי פשוט. ראשית אתה צריך לקחת חתיכת סוכר. מניחים אותו על מכסה קשיח ומכסים אותו בפקק (אפשר להשתמש באצבעון). ואז המתכת שבה מכוסה הסוכר מתחממת בחוזקה. עם הזמן, עשן חריף ייצא מתחת לאצבעון. אם תביא אליו גפרור, הגז יישרף.

כשהעשן מפסיק לפלוט, אתה יכול להסיר את האצבעון. יש מסה שחורה על המכסה. זה פחם. זה הפחמן שממנו עשוי הגרפיט.

להיות בטבע

גרפיט, שצפיפותו תלויה בטהרתו, נמצא בטבע בכמויות גדולות למדי. כ-600 אלף טון של חומר זה נכרים מדי שנה בכל רחבי העולם. הגדול ביותרהרזרבות שלה מרוכזות במקסיקו, צ'כיה, סין, אוקראינה, ברזיל, רוסיה, קנדה ודרום קוריאה.

מאז ימי קדם, מרבצי גרפיט עוררו את עניין האנושות. כיום מפותחים משאבי טבע אלו על מנת לספק לתעשייה חומרים בעלי האיכויות הנדרשות. גרפיט נמצא בגרניט, בסלעים גירניים, בנציץ או בגנייס בצורה של תכלילים סיביים או גבישיים. הכרייה מתבצעת בשיטות של בור פתוח ותת-קרקע.

עלות גרפיט

גרפיט, שצפיפותו וטהרתו משפיעים על ערכו, נמכר כעת במחירים סבירים למדי. זה מושפע מגודל הגבישים שלו, כמו גם מתכולת הפחמן. ככל שהוא גבוה יותר, כך הגרפיט יקר יותר. עם תכולת פחמן גבוהה מספיק, התכונות הפיזיקליות של החומר גדלות. זה בעל ערך לתעשייה במגוון רחב של תעשיות.

היום העלות הממוצעת של גרפיט היא כ-45 רובל/ק ג. אם זה היה מעובד באופן מלאכותי, העלות גדלה באופן משמעותי. כמו כן, המחיר של מינרל טבעי תלוי במיקום המרבץ.

בהיכרות עם התכונות והמאפיינים העיקריים של גרפיט, אנו יכולים להסיק שגם העלות וגם האיכויות הטכניות של החומר תלויות בצפיפות שלו. לכן, המינרל שנכרה בטבע נתון לעיבוד שלאחר מכן. זה משפר את האיכויות שלו.