Графіт: відмінності між версіями

Структура шарувата. [[Колір]] чорний, сірий. [[Сингонія]] гексагональна. Графіт — темно-сіра непрозора речовина, [[алотропія|алотропна]] форма [[вуглець|вуглецю]]. На відміну від [[алмаз]]у графіт добре проводить [[електричний струм]] і [[тепло]] та дуже м'який. Графіт належить до найбільш легкофлотованих [[мінерал]]ів, але його [[флотація|флотованість]] залежить від величини [[кристал]]ів, характеру домішок та ступеня окиснення поверхні. Флотацію графіту звичайно проводять з використанням [[гас]]у і спінювача у лужному або кислотному середовищі , яке створюється содою, [[вапно]]м або [[сірчана кислота|сірчаною кислотою]]. Природний аполярний характер кристалів графіту, їхня луската форма і мала густина обумовлюють легку флотованість графіту і дозволяють флотувати досить великі частинки.

'''Густина''' 2,09-2,23. [[Твердість]] 1. [[Блиск]] металічний, іноді матовий, землистий. Утворюється переважно внаслідок неглибинного [[метаморфізм]]у [[гірські породи|гірських порід]], що містять органічні рештки, і при контаково-пневматолітових процесах. Графіт утворює лускаті, стовпчасті, масивні, брунькоподібні, [[сфероліт]]ові, циліндричні зональні агрегати. Природний графіт розрізняють за величиною кристалів і їх взаємним розташуванням на явнокристалічний (кристали понад 1 мкм) та прихованокристалічний (менше 1 мкм). У промисловості за величиною кристалів виділяють великокристалічний графіт (понад 50 мкм), дрібнокристалічний (менше 50 мкм) і тонкокристалічний (менше 10 мкм). Графіт жирний на дотик, береться до рук. [[Анізотропія|Анізотропний]].

Як і в алмазі, у графіті кожен атом вуглецю утворює один з одним чотири зв'язки. Однак ці зв'язки не однакові. Три з них є [[Сигма-зв'язок|σ-зв'язками]], утвореними в результаті перекривання sp2-орбіталей атомів вуглецю. Усі вони розташовуються в одній площині під кутом 120°, утворюючи безперервну плоску сітку, що складається з правильних шестикутників, у кутах яких знаходяться атоми вуглецю. Четвертий <math>\pi\,</math>-зв'язок утворюється за рахунок перекривання пелюстків р-орбіталей вище і нижче площини, у якій розташовані атоми вуглецю. <math>\pi\,</math>-зв'язок утворює суцільну електронну хмару по всьому шару атомів вуглецю, як і у випадку металевого зв'язку. Вуглецеві шари графіту пов'язані дуже слабкими [[Міжмолекулярні сили|силами міжмолекулярної взаємодії]]. Ці особливості будови графіту й обумовлюють такі його властивості, як [[електропровідність]], шаруватість тощо.

Описана структура характерна для монокристалічного графіту. Реальні тіла складаються з безлічі областей упорядкованості вуглецевих атомів, що мають кінцеві розміри, які відрізняються на кілька порядків для різних зразків вуглецевих тіл графітової чи графітоподібної структури. Структура цих областей може наближатися до ідеальних ґраток графіту чи відрізнятися від неї за рахунок перекручувань усередині шарів, так і за рахунок порушень їхнього чергування. Такі області упорядкованості називаються кристалітами[[кристаліт]]ами і мають власні геометричні характеристики: L_а&nbsp;— середній діаметр, L_с&nbsp;— середня висота кристаліта і <math>d_{002}\,</math>-середня відстань між шарами графіту у кристаліті. Ці параметри визначаються за допомогою [[рентгеноструктурний аналіз|рентгеноструктурного аналізу]]. Крім того, у реальних графітових тілах є деяка кількість невпорядкованих атомів ([[аморфний вуглець]]), що займають простір між кристалітами чи впроваджені між шарами. Ці атоми можуть, знаходиться в sp, sp2 чи sp3&nbsp;— гібридному стані.

Електропровідність алотропних модифікацій вуглецю дуже відрізняється за абсолютною величиною. Алмаз є діелектриком[[діелектрик]]ом, причому його електроопір однаковий в усіх напрямках кристала. Це пов'язано з тим, що усі валентні електрони входять у чотири рівноцінні σ-зв'язки, а вільні <math>\pi\,</math>-електрони, що утворюють хмарку, відсутні.

На відміну від алмазу в монокристалі графіту є σ-зв'язки і <math>\pi\,</math>-електронні хмарки, що утворюють електронні шари паралельні моношарам вуглецевих атомів і зумовлюють електропровідність металевого типу в напрямку, паралельному шарам. У напрямку їм перпендикулярному графіт поводиться, як [[напівпровідник]], провідність якого визначається позитивно зарядженими дірками. У зв'язку з цим електропровідність графіту в паралельному напрямку приблизно на два-три порядки перевищує провідність у напрямку йому перпендикулярному.

У полікристалічних вуглецевих матеріалах загальна провідність визначається двома складовими: електропровідністю кристалітів, металевою за своїм типом, і провідністю аморфного вуглецю-напівпровідника. Цим обумовлена, екстремальна залежність електропровідності багатьох вуглеграфітових матеріалів від температури: [[електроопір]] напівпровідника з ростом температури падає, а металу росте. Тому існує мінімум температурної залежності опору, причому його положення зсувається в область нижчих температур при удосконаленні кристалічної структури зразка. Таким чином, за положенням екстремуму можна судити про ступінь наближення структури до ідеальної графітової.

У монокристалі графіту тепло переноситься, головним чином, уздовж шарів атомів вуглецю, що приводить до анізотропії теплопровідності. Електропровідність і теплопровідність графіту мають різну природу. Остання визначається тепловими коливаннями ґраток монокристала. Коливанню ґраток, яке квантується, ставлять у відповідність рух квазічастинок&nbsp;— фононів[[фонон]]ів. Рух фононів у кристалі подібний до руху молекул ідеального газу в замкнутому об'ємі і підкоряється таким же кінетичним закономірностям. Фононна провідність цілком визначає теплопровідність графіту в напрямку перпендикулярному шарам. У напрямку паралельному шарам перенесення тепла здійснюється і носіями заряду.

* [[аморфний графіт|графіт аморфний]] (скупчення графіту, які складаються з рентгеноаморфних агрегатів); Розмір зерен в аморфному графіті менше 0,001&nbsp;мм.

Розрізняють[[Графітові трируди]] типизалежно графітовихвід рудструктури графіту підрозділяються на три типи: лускаті, щільнокристалічні, та прихованокристалічні.

Графіт широко застосовується для виготовлення електродів, в суміші з глиною для виробництва [[вогнетриви|вогнетривких]] тиглів. З графіту роблять звичайні [[Простий олівець|прості олівці]]. В суміші з [[мінеральна олива|мінеральною оливою]] його використовують як мастило для машин, що працюють при підвищених [[температура]]х.