Mi az a grafit? Meghatározás, tulajdonságok és felhasználás

Mi az a grafit? Fedezd fel a grafit szerkezetét, tulajdonságait, előfordulását és felhasználását (ceruza, kenőanyag, neutronmoderátor) egyszerű, áttekinthető magyarázattal.

A grafit, akárcsak a gyémánt, a szén egyik allotípusa. Nagyon hasonlítanak egymásra, de a molekulák eltérő szerkezete befolyásolja a kémiai és fizikai tulajdonságokat. A grafit szénatomok rétegeiből áll: az atomok háromszög-szerű rácsban, sík hálózatokat alkotnak, amelyek egymásra rétegződnek. Ezek a rétegek nagyon könnyen csúsznak egymáson, ezért a grafit nagyon puha és kenőhatású. Tompa szürke színű, és a rétegek között delokalizált elektronok miatt nagyon jól vezeti az elektromosságot. A grafit egyes tulajdonságait a kettődimenziós, egyatomnyi vastagságú grafénrétegek magyarázzák, amelyek különösen jó mechanikai és elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek.

Tulajdonságok

• Mechanikai: lágy, karcolása könnyű (kb. 1–2 Mohs). A rétegek közötti gyenge van der Waals-kölcsönhatás miatt jól ken.
• Elektromos és hővezetés: jó elektromos vezető a rétegek síkjában (anizotróp), és kiváló hővezető is a síkirányban.
• Hőstabilitás: magas hőmérsékleten is stabil; vákuumban vagy inert atmoszférában nagyon magas hőmérsékleten szublimál (több ezer °C). Oxigén jelenlétében azonban magas hőmérsékleten oxidálódik CO vagy CO2 képződésével.
• Sűrűség és megjelenés: sűrűsége kb. 2,2 g/cm3; matt, grafitszürke fényű. Gyakran nevezik ólomfeketének, mert úgy néz ki, mint az ólom.
• Kémiai: viszonylag kémiailag ellenálló, de erős oxidálószerekkel és magas hővel reagál.

Előfordulás és típusok

A grafit természetesen előforduló formái közé tartozik a lágy, hajlékony vékonyrétegű (flaky) grafit, a tömör (vein vagy lump) grafit és az amorf grafit. A legtöbb grafit északkelet-kínai bányákból származik. Megtalálható továbbá Srí Lankán, Kanadában és az Egyesült Államokban. A lelőhely típusa és a kihozatal nagyban befolyásolja a grafit minőségét és felhasználhatóságát (pl. elektródákhoz, nukleáris alkalmazásokhoz szükséges nagy tisztaság).

Gyártás és szintetikus grafit

A grafitot nagy hő és nyomás alatt lévő szénből lehet képezni. A természetes grafit mellett széles körben gyártanak szintetikus grafitot is: például petrókoksz és kátrány (pitch) alapanyagok grafitizálásával, nagyon magas hőmérsékleten (több ezer °C) rendezik a szénatomokat grafitos szerkezetbe. A grafitból elegendő hővel és nyomással gyémántot is lehet készíteni. Így készülnek a szintetikus (mesterséges) gyémántok; emellett modern módszerek, például CVD (kémiai gőzfázisos ülepedés) is használatosak gyémántok előállítására.

Felhasználás

Kenőanyagként használható, hogy a mechanikus eszközök zökkenőmentesebben működjenek. A grafit leggyakoribb felhasználási területe a ceruzában lévő "ólom", amely szintén agyag (a grafitot agyaggal keverik a különböző keménységi fokozatok eléréséhez).

• Elektromos alkalmazások: akkumulátorok (például lítium-ion cellák anódjai), elektromos ívkemencék és grafitelektródák.
• Refrakter anyagok: öntödék, kemencék, kerámiaformák és tégelyek, ahol magas hőtűrés szükséges.
• Kenés és csúszóalkatrészek: száraz kenőanyagként olyan helyeken, ahol olaj nem használható.
• Kompozitok és szénszálas anyagok alapanyaga, hő- és elektromos vezető rétegek.
• Speciális ipari felhasználások: fékbetétek, tömítések, elektródák elektrokémiai eljárásokhoz, illetve különleges formák melegítőkészülékekben.

A nagy tisztaságú grafitot neutronmoderátorként használják egyes atomreaktorokban, például az RBMK-kban és az AGR-kben. Nagy tisztaságú, alacsony neutronelnyelésű grafitot alkalmaznak olyan reaktorokban, ahol a neutronok lassítására van szükség.

Egészség és környezet

Általánosságban a grafit kémiailag nem mérgező, de a finom grafitpor belélegzése ártalmas lehet: hosszú távú belégzés foglalkozási eredetű tüdőbetegséget (pl. pneumokoniózist) okozhat. A por és a porral szennyezett munkafolyamatok megfelelő elszívást, védőfelszerelést igényelnek. Környezeti hatások függnek a bányászat és feldolgozás módszereitől; a bányászat helyi környezeti hatásokat okozhat.

Rövid történet és név

A görög nyelvből származó nevét Abraham Gottlob Werner adta neki 1789-ben. A grafit régen ólomfeketének is nevezették az alakja és színe miatt — ezért a ceruzákban található anyagot ma is sok helyen "grafitólomnak" hívják, bár ólom nincs benne.

Összefoglalva: a grafit egy sokoldalú, rétegelt szerkezetű szénallotróp, amely kitűnő elektromos és termikus vezető, kiváló kenőanyag és fontos ipari alapanyag számos nagy hő- és kopásállóságot igénylő alkalmazásban.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a grafit?

K: Hogyan keletkezik a grafit?

K: Honnan származik a legtöbb grafit?

K: Miről kapta a grafit a nevét?

K: Milyen gyakori felhasználási módjai vannak a grafitnak?

K: Lehet-e grafitból gyémántot készíteni?

Keresés betűvel