Grafīts: blīvums, īpašības, lietojuma iespējas un veidi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Grafīts ir dabā sastopama viela. Šī ir viena no oglekļa modifikācijām, kurai raksturīgs noteikts kristāliskais režģis. Tas nosaka grafīta īpašības. Ogleklis dabā sastopams divos galvenajos veidos. Tie ir grafīts un dimants. To ķīmiskā formula ir identiska, taču to fizikālās īpašības ir radikāli atšķirīgas.

Tā ir kristāla režģa struktūra, kas ietekmē šīs īpašības. Tajā ir brīvie elektroni, kas nosaka matērijas fizikālās īpašības. Grafīts, kura blīvums, veidi un apjoms ir interesants daudzām nozarēm, ir vērts apsvērt sīkāk.

Pamatfunkcijas

Grafīts ir pelēka viela ar metālisku spīdumu. Tam ir augsta siltumvadītspēja (3,55 W/deg./cm). Pateicoties tam, grafīts tiek aktīvi izmantots dažādās nozarēs. Šis rādītājs ir augstāks nekā ķieģelim, kas izskaidrojams ar mobilo elektronu klātbūtni kristāla režģī. Tie arī veicina labu elektrovadītspēju. Visos agregācijas stāvokļos šai vielai ir raksturīga zema strāvas pretestība (no 0,4 līdz 0,6 omi).

Grafīts ir inerta viela, ko nešķīdina ķīmiski aktīvi komponenti. Tas ir iespējams tikai tad, ja tas nonāk izkausēta metāla vidē ar augstu viršanas temperatūru. Grafīts šādos apstākļos pilnībā kūst, veidojot karbīdus.

Zems berzes koeficients un augsta kušanas temperatūra nodrošina labas blīvēšanas īpašības. Grafīta blīvums (kg/m3) ir 2,23. Bet tajā pašā laikā materiāls labi liecas un griežas.

Struktūra

Ņemot vērā grafīta blīvumu, kā arī īpašības un veidus, ir jāpievērš uzmanība tā struktūrai. Šī ir slāņveida viela. Tās oglekļa atomi atrodas šūnveida kristāla režģī. Sešstūri vienā slānī cieši pieguļ viens otram. Tomēr attiecības starp katru līmeni ir vājas. Tieši šī funkcija atvieglo grafīta sadalīšanu.

Pēc Mosa skalas materiāla cietība ir viena. Salīdzinājumam - dimantam šis rādītājs ir 10, bet porcelāna keramikai - 5. Pēc zinātnieku domām, 1500 ° C temperatūrā grafīta kristālrežģi var pārvērsties par dimantu.

Rūpnieciskās apstrādes laikā mainās vielas struktūra. Tajā pašā laikā dažādām grafīta kategorijām ir dažādas īpašības. Ja iegūtais materiāls nav mākslīgi apstrādāts, tas ir dabisks vielas veids.

Dabīgais grafīts

Grafīts, kura blīvums un īpašības būtiski atšķiras atkarībā no ražotāja markas, dabiskos apstākļos sastopams 2 galvenajos variantos. Pirmais veidssauc par sešstūrainu. Tam ir kristāla režģis, kurā puse atomu katrā slānī atrodas virs un zem sešstūra centra.

Otrā modifikācija ir romboedriska. Katrs ceturtais slānis atkārto pirmo. Šī modifikācija dabā notiek tikai piemaisījumu veidā. Ja šo vielu karsē 2500-3300 K temperatūrā, tad tās kristāliskais režģis pārvērtīsies par sešstūrainu. Dabiskos apstākļos materiāls biežāk sastopams šādā formā.

Sastāvs

Dabā grafīts nekad nav atrodams tīrā veidā. Tas satur diezgan lielu pelnu daudzumu (dažreiz līdz 20%). Tas sastāv no daudziem dažādiem savienojumiem (FeO, MgO, CuO, CaO utt.). Līdz 2% no dabiskā grafīta masas var aizņemt gāzes. Var būt arī bitumens un ūdens.

Grafīta pulvera blīvums mainās atkarībā no dispersijas, poru klātbūtnes. Iepriekš minēto vērtību var samazināt līdz 2,09 kg/m3. Uz tausti grafīts ir taukains. Ja paņemat ar rokām, uz pirkstiem paliks raksturīga zīme. Tāpēc no šāda materiāla tiek izveidoti stieņi vienkāršam zīmulim. Tas atstāj skaidru zīmi uz papīra.

Mākslīgais grafīts

Ražošanai ir ļoti svarīgi ņemt vērā grafīta blīvumu. Fizika skaidri parāda, ka jo lielāks ir šīs vielas blīvums, jo lielāka ir tās siltumvadītspēja. Mākslīgais grafīts raksturojas ar augstu tīrības pakāpi (līdz 99%). Tas arī ievērojami palielina materiāla blīvumu.

Rafinētā grafīta ražošana tiek veikta, izmantojot termoķīmiskas un termomehāniskas ietekmes. Katrai ražošanas nozarei tiek ražota viela ar noteiktu īpašību kopumu. Tas ļauj apmierināt grafīta nozares vajadzības ar noteiktām fizikālajām īpašībām.

Mākslīgo vielu marķēšana ietver materiālu veidu sadalījumu pēc galamērķa. Ir lietuves, elektrooglekļa, akumulatoru, elementu, eļļošanas un zīmuļu grafīta. Ir arī īpašas kategorijas, ko izmanto kodolreaktoros.

Lietošanas joma

Ražošanas laikā tiek iestatītas noteiktas grafīta īpašības. Šīs vielas lietošana ir pilnībā viņu pašu ziņā. Grafītu izmanto metalurģijā ugunsizturīgo veidņu vai kausu, konteineru ražošanā. Liešanas procesā pulveri no piedāvātās vielas izmanto kā smērvielu. Viena no ugunsizturīgo ķieģeļu sastāvdaļām ir arī grafīts. To pievieno maisījumam plastmasas ražošanā.

Šis materiāls tiek izmantots arī elektroierīču kontaktu izgatavošanai. To veicina vielas elektrovadītspējas īpašības.

Grafīta zīmuļi ir zināmi, iespējams, katram cilvēkam. Šo materiālu izmanto arī dažu veidu krāsu ražošanā. Šajā gadījumā tiek izmantots melns (nevis pelēks) grafīts. Šai krāsai ir pretkorozijas īpašības.

Mākslīgie dimanti tiek iegūti no piedāvātā dabīgā minerāla. Tos izmanto, kadlieljaudas griezējinstrumentu ražošana. Mašīnbūvē grafīta pulveris darbojas kā materiāls gultņiem, kā arī virzuļiem un blīvgredzeniem. Kā smērviela piemērota velosipēdu ķēžu, automašīnu atsperu, durvju eņģu apstrādei.

Pat daudzas zāles satur grafītu.

Pārtikas lietojumi

Iesniegtā viela tiek plaši izmantota arī pārtikas rūpniecībā. Lai to izdarītu, ražošanas laikā tas tiek pakļauts noteiktai apstrādei. Dzelzs, etilspirta, grafīta un cukura blīvums acīmredzamu iemeslu dēļ ir atšķirīgs. Bet iesniegtais materiāls var gan saturēt, gan būt daļa no dažām vielām. Tas ir atrodams parafīnās, esteros, spirtā un pat cukurā.

To var pārbaudīt, veicot vienkāršu eksperimentu. Vispirms jums jāņem cukura gabals. To novieto uz cieta vāka un pārklāj ar vāciņu (var izmantot uzpirksteni). Tad metāls, ar kuru cukurs ir pārklāts, tiek stipri uzkarsēts. Laika gaitā no uzpirkstenes apakšas iznāks asi dūmi. Ja paņemsiet līdzi sērkociņu, gāze sadegs.

Kad dūmi pārstāj izplūst, varat noņemt uzpirksteni. Uz vāka ir melna masa. Šīs ir ogles. Tas ir ogleklis, no kura izgatavots grafīts.

Būt dabā

Grafīts, kura blīvums ir atkarīgs no tā tīrības, dabā ir sastopams diezgan lielos daudzumos. Katru gadu visā pasaulē tiek iegūti aptuveni 600 tūkstoši tonnu šīs vielas. Lielākaistās rezerves ir koncentrētas Meksikā, Čehijā, Ķīnā, Ukrainā, Brazīlijā, Krievijā, Kanādā un Dienvidkorejā.

Kopš seniem laikiem grafīta atradnes izraisījušas cilvēces interesi. Mūsdienās šie dabas resursi tiek attīstīti, lai nodrošinātu rūpniecību ar vajadzīgās kvalitātes materiāliem. Grafīts ir atrodams granītos, kaļķakmens iežos, vizlā vai gneisā šķiedru vai kristālisku ieslēgumu veidā. Rakšana tiek veikta ar atklātas bedres un pazemes metodēm.

Grafīta izmaksas

Grafīts, kura blīvums un tīrība ietekmē tā vērtību, tagad tiek pārdots par diezgan saprātīgām cenām. To ietekmē kristālu lielums, kā arī oglekļa saturs. Jo augstāks tas ir, jo dārgāks ir grafīts. Ar pietiekami augstu oglekļa saturu materiāla fizikālās īpašības palielinās. Tas ir vērtīgi nozarei dažādās nozarēs.

Šodien grafīta vidējās izmaksas ir aptuveni 45 rubļi/kg. Ja tas tika apstrādāts mākslīgi, izmaksas ievērojami palielinās. Arī dabīgā minerāla cena ir atkarīga no atradnes atrašanās vietas.

Iepazīstoties ar grafīta galvenajām īpašībām un īpašībām, varam secināt, ka gan materiāla izmaksas, gan tehniskās īpašības ir atkarīgas no tā blīvuma. Tāpēc dabā iegūtais minerāls tiek pakļauts turpmākai apstrādei. Tas uzlabo tā īpašības.