Графит

C; Појављивање: љуспасти, радијално-зракасти агрегати и густе масе; Боја: црна до сребрнасто сива; Генеза: разлагањем гасовитих једињења угљ

Графит је минерал и једна је од три стабилне алотропске модификације угљеника (поред дијаманта и фулерена), међу којима је најчешћа и најстабилнија управо графит. Сиве је боје.[5] Графит најчешће поседује хексагоналну решетку, а веома ретко се појављује у ромбоедричној. Атоми у слојевима везани су јаким ковалентним везама, али су сами слојеви повезани слабим Ван дер Валсовим везама, што им омогућава да клизе један преко другог, тако да се графит отире. Графит је једини неметал који добро проводи електричну струју и топлоту.[6][7]

Графит
Graphite-233436.jpg
Узорак графита
Опште информације
КатегоријаПриродни минерал
ФормулаC
Струнцова класификација1.CB.05a
Кристалне системеХексагоналан
Кристална класаДихексагонална дипирамидална (6/mmm)
Херман-Моганова нотација: (6/m 2/m 2/m)
Просторна групаP63mc (савијена) P63/mmc (равна)
Јединична ћелијаa = 2,461, c = 6,708 [Å]; Z = 4
Идентификација
БојаГвоздено-црн до челично-сивог; тамно плав у пропуштеном светлу
Кристални хабитусТабеларне, шестостране лисната масе, зрнасте до збијене масе
БлижњењеПрисутно
ЦепљивостБазално – савршено на {0001}
ПреломЉускава, иначе груба када није на расцепу
ЧврстинаФлексибилна нееластична, сектилна
Тврдоћа по Мосу1–3
СјајностМеталичан, земљаст
ОгребЦрн
ПровидностНепрозиран, провидан само у изузетно танким љуспицама
Специфична тежина1,9–2,3
Густина2,09–2,23 g/cm3
Оптичке особинеЈедноосни (−)
ПлеохроизамЈак
РастворљивостРастворљив у растопљеном никлу, топлој хлоросумпорној киселини[1]
Остале особинејако анизотропан, проводи електрицитет, мастан осећај, лако се оставља трагове
Референце[2][3][4]
Кристална структура графита

Употребљава се за подмазивање, у електролизи (као инертна електрода), за контакте у електричним моторима и сл. Од графита се праве мине за оловке. Највећи рудници графита у свету налазе се у Кини (2005. године производња је била 1.650.000 тона). Остали велики произвођачи графита су Индија, Бразил, Северна Кореја и Канада. Графит није растворљив у води.

Типови и варијететиУреди

Главни типови природног графита, од којих се сваки налази у различитим типовима рудних лежишта, су

ПојаваУреди

Графит се јавља у метаморфним стенама као резултат редукције седиментних угљеникових једињења током метаморфизма. Такође се јавља у магматским стенама и метеоритима.[4] Минерали повезани са графитом укључују кварц, калцит, лискун и турмалин. Главни извори извоза ископаног графита су по тонажи: Кина, Мексико, Канада, Бразил и Мадагаскар.[12]

У метеоритима се графит јавља са троилитом и силикатним минералима.[4] Мали графитни кристали у метеоритском гвожђу називају се клифтонит.[9] Нека микроскопска зрна имају карактеристичан изотопски састав, што указује да су настала пре Сунчевог система.[13] Они су један од око 12 познатих врста минерала који су претходили Сунчевом систему и такође су откривени у молекуларним облацима. Ови минерали су настали у избацивању када су супернове експлодирале или су звезде мале до средње величине избациле своје спољашње омоте касно у животу. Графит може бити други или трећи најстарији минерал у свемиру.[14][15]

ОсобинеУреди

СтруктураУреди

 
Густина електронског облака у графиту визуелизована са резолуцијом од 10 pm помоћу ефекта померања електронског снопа.[16] Два електрона сваког атома формирају унутрашњу сферну атомску орбиталу (ружичаста); три друга електрона заузимају sp2 хибридне орбитале унутар густих равни и праве јаке σ везе између суседних атома (зелено); шести електрон заузима истурену pz орбиталу која формира слабе π везе. Простор између слојева је углавном црн, што означава нулту густину електронских облака.

Чврсти угљеник долази у различитим облицима познатим као алотропи у зависности од врсте хемијске везе. Два најчешћа су дијамант и графит (мање уобичајени укључују букминстерфулерен). У дијаманту су везе sp3 орбитални хибриди и атоми формирају тетраедре од којих је сваки повезан са четири најближа суседа. У графиту су sp2 орбитални хибриди и атоми се формирају у равнима од којих је сваки везан за три најближа суседа удаљена 120 степени.[17][18]

Појединачни слојеви се називају графен. У сваком слоју атоми угљеника су распоређени у саћасту решетку са дужином везе од 0,142 nm, а растојање између равни је 0,335 nm.[19] Атоми у равни су повезани ковалентно, при чему су задовољена само три од четири потенцијална места везивања. Четврти електрон је слободан да мигрира у равни, чинећи графит електрично проводљивим. Везивање између слојева је преко слабих ван дер Валсових веза, које омогућавају да се слојеви графита лако одвоје, или да клизе један поред другог.[20] Електрична проводљивост окомита на слојеве је последично око 1000 пута нижа.[21]

Два позната облика графита, алфа (хексагонални) и бета (ромбоедарски),[22] имају веома слична физичка својства, осим што се слојеви графена слажу другачије: слагање у алфа графиту је ABA, за разлику од ABC слагања у енергетски мање стабилном и ређем бета графиту.[23] Алфа облик се може конвертовати у бета облик механичким третманом, а бета облик се враћа у алфа облик када се загреје изнад 1300 °C.[24]

ТермодинамикаУреди

 
Теоријски предвиђени фазни дијаграм угљеника

Услови равнотеже притиска и температуре за прелаз између графита и дијаманта су добро утврђени теоријски и експериментално. Притисак се линеарно мења између 1,7 GPa на 0 K и 12 GPa на 5000 K (трострука тачка дијамант/графит/течност).[25][26] Међутим, фазе имају широк регион око ове линије где могу коегзистирати. При нормалној температури и притиску, 20 °C (293 K) и 1 atm (0,10 MPa), стабилна фаза угљеника је графит, али дијамант је метастабилан и његова стопа конверзије у графит је занемарљива.[27] Међутим, на температурама изнад око 4500 K, дијамант се брзо претвара у графит. Брза конверзија графита у дијамант захтева притиске знатно изнад линије равнотеже: на 2000 K потребан је притисак од 35 GPa.[25]

Види јошУреди

РеференцеУреди

  1. ^ Liquid method: pure graphene production. Phys.org (May 30, 2010).
  2. ^ Graphite. Mindat.org.
  3. ^ Graphite. Webmineral.com.
  4. ^ а б в Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C., ур. (1990). „Graphite” (PDF). Handbook of Mineralogy. I (Elements, Sulfides, Sulfosalts). Chantilly, VA, US: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0962209703. 
  5. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Lide David R., ур. (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics (87th изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0487-3. 
  7. ^ Susan Budavari, ур. (2001). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (13th изд.). Merck Publishing. ISBN 0911910131. 
  8. ^ Sutphin, David M.; James D. Bliss (август 1990). „Disseminated flake graphite and amorphous graphite deposit types; an analysis using grade and tonnage models”. CIM Bulletin. 83 (940): 85—89. 
  9. ^ а б graphite. Encyclopædia Britannica Online.
  10. ^ Harper, Douglas. „graphite”. Online Etymology Dictionary. 
  11. ^ Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju. "highly oriented pyrolytic graphite". Kompendijum Hemijske Terminologije Internet edition.
  12. ^ „Graphite”. Minerals Database. Minerals Education Coalition. 2018. Приступљено 9. 12. 2018. 
  13. ^ Maria, Lugaro (2005). Stardust From Meteorites: An Introduction To Presolar Grains. World Scientific. стр. 14, 154—157. ISBN 9789814481373. 
  14. ^ Hazen, R. M.; Downs, R. T.; Kah, L.; Sverjensky, D. (13. 2. 2013). „Carbon Mineral Evolution”. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 75 (1): 79—107. Bibcode:2013RvMG...75...79H. doi:10.2138/rmg.2013.75.4. 
  15. ^ McCoy, T. J. (22. 2. 2010). „Mineralogical Evolution of Meteorites”. Elements. 6 (1): 19—23. doi:10.2113/gselements.6.1.19. 
  16. ^ Kucherov, O. P.; Rud, A.D. (2018). „Direct visualization of individual molecules in molecular crystals by electron cloud densitometry”. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 674 (1): 40—47. S2CID 198335705. doi:10.1080/15421406.2019.1578510. 
  17. ^ Delhaes, Pierre (2000). „Polymorphism of carbon”. Ур.: Delhaes, Pierre. Graphite and precursors. Gordon & Breach. стр. 1–24. ISBN 9789056992286. 
  18. ^ Pierson, Hugh O. (2012). Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes : properties, processing, and applications. Noyes Publications. стр. 40—41. ISBN 9780815517399. 
  19. ^ Delhaes, P. (2001). Graphite and Precursors. CRC Press. ISBN 978-90-5699-228-6. 
  20. ^ Chung, D. D. L. (2002). „Review Graphite”. Journal of Materials Science. 37 (8): 1475—1489. S2CID 189839788. doi:10.1023/A:1014915307738. 
  21. ^ Pierson, Hugh O. (1993). Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes : properties, processing, and applications. Park Ridge, N.J.: Noyes Publications. ISBN 0-8155-1739-4. OCLC 49708274. 
  22. ^ Lipson, H.; Stokes, A. R. (1942). „A New Structure of Carbon”. Nature. 149 (3777): 328. Bibcode:1942Natur.149Q.328L. S2CID 36502694. doi:10.1038/149328a0 . 
  23. ^ Latychevskaia, Tataiana; Son, Seok-Kyun; Yang, Yaping; Chancellor, Dale; Brown, Michael; Ozdemir, Servet; Madan, Ivan; Berruto, Gabriele; Carbone, Fabrizio; Mishchenko, Artem; Novoselov, Kostya (2019-08-17). „Stacking transition in rhombohedral graphite”. Frontiers of Physics. 14 (1): 13608. Bibcode:2019FrPhy..1413608L. S2CID 125322808. arXiv:1908.06284 . doi:10.1007/s11467-018-0867-y. 
  24. ^ Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju. "Rhombohedral graphite". Kompendijum Hemijske Terminologije Internet edition.
  25. ^ а б Bundy, P.; Bassett, W. A.; Weathers, M. S.; Hemley, R. J.; Mao, H. K.; Goncharov, A. F. (1996). „The pressure-temperature phase and transformation diagram for carbon; updated through 1994”. Carbon. 34 (2): 141—153. doi:10.1016/0008-6223(96)00170-4. 
  26. ^ Wang, C. X.; Yang, G. W. (2012). „Thermodynamic and kinetic approaches of diamond and related nanomaterials formed by laser ablation in liquid”. Ур.: Yang, Guowei. Laser ablation in liquids : principles and applications in the preparation of nanomaterials. Pan Stanford Pub. стр. 164—165. ISBN 9789814241526. 
  27. ^ Rock, Peter A. (1983). Chemical Thermodynamics. University Science Books. стр. 257—260. ISBN 9781891389320. 

ЛитератураУреди