به گزارش خبرنگار گروه علم وفناوری ایسکانیوز، گرافیت ماده معدنی بسیار نرم با رنگ مشکی است که از اتم‌های کربن تشکیل شده است. این ماده غیرسمی است و براحتی اثر آن بر روی سطوح زبر باقی می‌ماند. کاربرد عمده گرافیت در ساخت مداد است. نام گرافیت برگرفته از واژه یونانی graphein به معنی نوشتن است که اشاره به رد سیاه رنگی دارد که روی کاغذ از آن به جا می‌ماند. گرافیت مات و خاکستری تیره تا سیاه است. به شکل بلورهای شش وجهی، ورقه‌های انعطاف پذیر، پوسته پوسته یا توده‌های بزرگ تشکیل می‌شود. ساختار آن می‌تواند به شکل خاک، دانه دانه یا فشرده باشد.

گرافیت چیست و چه کابردی دارد؟

گرافیت که نماد شیمیایی آن C است در اثر دگرگونی رسوبات کربن دار و نیز در اثر واکنش ترکیبات کربن با محلول‌های هیدروترمال به وجود می‌آید. گرافیت زمانی تشکیل می‌شود که کربن در معرض گرما و فشار پوسته و بخش بالایی جبه زمین قرار گیرد. برای این که گرافیت به وجود آید باید فشاری برابر ۷۵۰۰۰ پوند در هر اینچ مربع و دمایی در حدود ۷۵۰ درجه سلسیوس به آن وارد آید.

می توان گفت؛ گرافیت در شرایط جوی پایدار است اما ترکیباتی مانند الماس می‌تواند تحت فشار و دمای مشخصی به گرافیت تبدیل شود. لازم است بدانید که الماس و گرافیت از کربنی تشکیل شده‌اند که از بقایای موجودات زنده بدست آمده است. کربن باقیمانده از موجودات زنده به ذغال‌سنگ تبدیل می‌شود.

تولید گرافیت ورقه ای

بیشتر گرافیتی که در سطح زمین دیده می‌شود در مرز صفحات همگرای زمین، یعنی جایی که سنگ شیل غنی از ماده ارگانیک و سنگ آهک در معرض گرما و فشار دگرگونی ناحیه ای قرار می‌گیرند تشکیل می‌شود. در نتیجه مرمر، شیست و گنیس تشکیل می‌شوند که دارای بلورها و ورقه‌های ریز گرافیت هستند. زمانی که گرافیت در مقادیر زیاد انباشته می‌شود، می‌توان سنگ‌های نام برده را استخراج کرد و به اندازه‌های کوچک خرد کرد تا ورقه‌های گرافیت موجود در آن‌ها آزاد شود و به دنبال فرآیندهایی مانند «جداسازی طبق چگالی ویژه» یا «شناورسازی کف» گرافیتی که تراکم کمتری دارد از آن جدا شود. محصول تولید شده گرافیت ورقه ای است. لازم به ذکر است که شناورسازی کف یکی از مهم ترین روش‌های جداسازی ماده معدنی از مواد زاید و یکی از دقیق ترین روش‌ها برای پرعیار کردن مواد معدنی است.

گرافیت شکلی از کربن بلوری است که به طور طبیعی شکل می‌گیرد. این کانی بومی‌در سنگ‌های آذرین و دگرگونی یافت می‌شود. این کانی هر ویژگی را به میزان زیادی دارا است. برای مثال بسیار نرم است، با کوچک ترین فشاری در سطح رَخ می‌شکند و چگالی ویژه بسیار کمی‌دارد. از سوی دیگر، به شدت در مقابل گرما مقاوم است و درتماس با مواد دیگر واکنشی نشان نمی‌دهد. به خاطر این ویژگی‌ها است که موارد کاربرد گرافیت در متالورژی و تولید سازه بسیار گسترده هستند. از گرافیت در متالورژی، الکتروتکنیک، رآکتورهای اتمی‌و ساخت انواع مداد استفاده می‌شود.

تشکیل گرافیت بی شکل

نوعی از گرافیت از دگرگونی رگه‌های نازک زغال سنگ شکل می‌گیرد. مواد اصلی ارگانیک موجود در زغال سنگ شامل کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد هستند. گرمای ناشی از دگرگونی، مولکول‌های ارگانیک زغال سنگ را از بین می‌برد و اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد موجود در آن را تبخیر می‌کند. چیزی که باقی می‌ماند کربن تقریباً خالصی است که به شکل گرافیت معدنی متبلور می‌شود. این گرافیت در رگه‌های باریکی تشکیل می‌شود که به لایه اصلی زغال سنگ ارتباط دارند. این ماده پس از استخراج گرافیت بی شکل نامیده می‌شود. کاربرد واژه بی شکل در واقع نادرست است، چون این نوع گرافیت دارای ساختار بلوری است. این ماده وقتی که از معدن بیرون آورده می‌شود ظاهری شبیه به کلوخه‌های زغال سنگ دارد، ولی بدون نوارهای تیره و روشن است.

گرافیت تشکیل شده از دگرگونی هیدروترمال

مقدار کمی‌گرافیت در اثر واکنش ترکیبات کربن به دنبال دگرگونی هیدروترمال تشکیل می‌شود. این کربن قابلیت جا به جا شدن و رسوب کردن در رگه‌هایی که متصل با کانی‌های هیدروترمال هستند را دارد. چون این کربن در جریان آب شسته و جا به جا می‌شود، میزان تبلور بالایی دارد. این ویژگی آن را به ماده ای مناسب برای بسیاری از مصارف الکتریکی تبدیل کرده است.

گرافیت موجود در سنگ‌های آذرین و شهاب سنگ‌ها

مقادیر بسیار کمی‌از گرافیت به عنوان کانی اولیه در سنگ‌های آذرین شکل می‌گیرد. به شکل ذرات بسیار کوچکی در جریان‌های آتشفشانی بازالت و سینیت یافت می‌شود. همچنین در پگماتیت‌ها هم دیده می‌شود. برخی شهاب سنگ‌های آهنی نیز مقادیر اندکی گرافیت در خود دارند که این نوع گرافیت از لحاظ اقتصادی ارزشی ندارد.

گرافیت مصنوعی

گرافیت مصنوعی با حرارت دادن موادی با درصد بالای کربن مانند کُک نفتی در دمایی بین ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سلسیوس حاصل می‌شود. در چنین دمای بالایی، همه مواد فرار و بسیاری از فلزات در ماده قابل تزریق یا از بین می‌روند یا از آن خارج می‌شوند. گرافیتی که باقی می‌ماند به یک ساختار صفحه مانند بلوری می‌چسبد. درجه خلوص گرافیت مصنوعی تا ۹۹ درصد کربن هم می‌رسد.

گرافیت و الماس

گرافیت و کربن دو شکل معدنی از کربن هستند. الماس در جبه زمین و تحت گرما و فشار بسیار زیاد تشکیل می‌شود. بیشتر گرافیتی که نزدیک به سطح زمین پیدا شده درون پوسته زمین در دما و فشاری پایین تر شکل می‌گیرد. گرافیت و الماس ترکیب یکسانی دارند، ولی ویژگی‌های آن‌ها با هم متفاوت است.

گرافیت ظاهر بسیار متفاوتی با الماس دارد و درجه سختی آن در مقیاس موس در نقطه مقابل الماس، یعنی ۱ تا ۲ است، در حالی که درجه سختی الماس ۱۰ است. نرمی‌گرافیت به دلیل نحوه برقراری پیوند بین اتم‌های آن است. اتم‌های کربن در گرافیت در یک شبکه شش وجهی به هم متصل شده اند. بدین ترتیب، این شبکه‌ها حلقه‌هایی متشکل از ۶ اتم کربن را به وجود می‌آورند که روی صفحه‌هایی با فاصله، به صورت عمودی قرار گرفته اند. ضخامت این صفحه‌ها به اندازه یک اتم است. اتم‌ها محکم درون حلقه‌ها به هم پیوسته اند، ولی ارتباط سستی با صفحه‌ها دارند. اتصال این صفحه‌ها به هم سست است، بنابراین با کوچک ترین فشاری به آسانی روی هم سر می‌خورند یا می‌شکنند. همین امر باعث می‌شود درجه سختی گرافیت بسیار کم و رَخ آن کامل باشد و سطح آن لغزنده به نظر برسد. به هنگام لمس گرافیت، احساس می‌کنیم سطح آن لیز مثل سطحی صابونی یا روغنی است. مغز مداد که همه در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم دارای گرافیت است. نخستین باری که مداد گرافیتی مورد استفاده قرار گرفت به سال ۱۵۷۵ بر می‌گردد.برعکس، اتم‌های کربن در الماس در ساختاری بسیار محکم و با ثبات با هم پیوند دارند. در الماس هر اتم کربن به یک شبکه سه بعدی که دارای چهار اتم کربن با پیوند کووالانسی قوی هستند متصل است. این آرایش اتمی‌اتم‌ها را چفت شده در جای خود نگه می‌دارد و سبب می‌شود الماس به یک ماده بسیار سخت تبدیل شود. بهترین راه برای شناخت کانی‌ها این است که یک مجموعه از نمونه‌های کوچک را نگهداری، مشاهده، مقایسه و مطالعه کنیم و به ویژگی‌های آن‌ها دقت کنیم و به خاطر بسپاریم.

ماده لایه لایه ساخت شده از حلقه کرین ۶ ضلعی، بالاترین مقاومت طبیعی و سختی، ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت، روانکاری طبیعی بالا، مقاومت حرارتی بالا تا 2500 درجه سانتی گراد، رسانای الکتریکی و حرارتی، ثبات شیمیایی، بازدارنده تابش (اشعه)، اصطکاک کم و مقاومت فشاری بالا از عمده خواص گرافیت است.

از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ‌ها، فولادهای پرکربن، چدن‌ها، مداد گرافیتی و … استفاده می‌شود. گرافیت بر خلاف الماس(دیگر آلوتروپ کربن) هادی جریان الکتریکی‌ است. گرافیت پایدارترین شکل کربن در شرایط استاندارد است.

انتهای پیام/