Pređi na sadržaj

Grafit

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Za druge upotrebe, pogledajte stranicu Grafiti.
Grafit
Uzorak grafita
Opšte informacije
KategorijaPrirodni mineral
FormulaC
Struncova klasifikacija1.CB.05a
Kristalne sistemeHeksagonalan
Kristalna klasaDiheksagonalna dipiramidalna (6/mmm)
Herman-Moganova notacija: (6/m 2/m 2/m)
Prostorna grupaP63mc (savijena) P63/mmc (ravna)
Jedinična ćelijaa = 2,461, c = 6,708 [Å]; Z = 4
Identifikacija
BojaGvozdeno-crn do čelično-sivog; tamno plav u propuštenom svetlu
Kristalni habitusTabelarne, šestostrane lisnata mase, zrnaste do zbijene mase
BližnjenjePrisutno
CepljivostBazalno – savršeno na {0001}
PrelomLjuskava, inače gruba kada nije na rascepu
ČvrstinaFleksibilna neelastična, sektilna
Tvrdoća po Mosu1–3
SjajnostMetaličan, zemljast
OgrebCrn
ProvidnostNeproziran, providan samo u izuzetno tankim ljuspicama
Specifična težina1,9–2,3
Gustina2,09–2,23 g/cm3
Optičke osobineJednoosni (−)
PleohroizamJak
RastvorljivostRastvorljiv u rastopljenom niklu, toploj hlorosumpornoj kiselini[1]
Ostale osobinejako anizotropan, provodi elektricitet, mastan osećaj, lako se ostavlja tragove
Reference[2][3][4]
Kristalna struktura grafita

Grafit je mineral i jedna je od tri stabilne alotropske modifikacije ugljenika (pored dijamanta i fulerena), među kojima je najčešća i najstabilnija upravo grafit. Sive je boje.[5] Grafit najčešće poseduje heksagonalnu rešetku, a veoma retko se pojavljuje u romboedričnoj. Atomi u slojevima vezani su jakim kovalentnim vezama, ali su sami slojevi povezani slabim Van der Valsovim vezama, što im omogućava da klize jedan preko drugog, tako da se grafit otire. Grafit je jedini nemetal koji dobro provodi električnu struju i toplotu.[6][7]

Upotrebljava se za podmazivanje, u elektrolizi (kao inertna elektroda), za kontakte u električnim motorima i sl. Od grafita se prave mine za olovke. Najveći rudnici grafita u svetu nalaze se u Kini (2005. godine proizvodnja je bila 1.650.000 tona). Ostali veliki proizvođači grafita su Indija, Brazil, Severna Koreja i Kanada. Grafit nije rastvorljiv u vodi.

Tipovi i varijeteti

[uredi | uredi izvor]

Glavni tipovi prirodnog grafita, od kojih se svaki nalazi u različitim tipovima rudnih ležišta, su

Pojava

[uredi | uredi izvor]

Grafit se javlja u metamorfnim stenama kao rezultat redukcije sedimentnih ugljenikovih jedinjenja tokom metamorfizma. Takođe se javlja u magmatskim stenama i meteoritima.[4] Minerali povezani sa grafitom uključuju kvarc, kalcit, liskun i turmalin. Glavni izvori izvoza iskopanog grafita su po tonaži: Kina, Meksiko, Kanada, Brazil i Madagaskar.[12]

U meteoritima se grafit javlja sa troilitom i silikatnim mineralima.[4] Mali grafitni kristali u meteoritskom gvožđu nazivaju se kliftonit.[9] Neka mikroskopska zrna imaju karakterističan izotopski sastav, što ukazuje da su nastala pre Sunčevog sistema.[13] Oni su jedan od oko 12 poznatih vrsta minerala koji su prethodili Sunčevom sistemu i takođe su otkriveni u molekularnim oblacima. Ovi minerali su nastali u izbacivanju kada su supernove eksplodirale ili su zvezde male do srednje veličine izbacile svoje spoljašnje omote kasno u životu. Grafit može biti drugi ili treći najstariji mineral u svemiru.[14][15]

Osobine

[uredi | uredi izvor]

Struktura

[uredi | uredi izvor]
Gustina elektronskog oblaka u grafitu vizuelizovana sa rezolucijom od 10 pm pomoću efekta pomeranja elektronskog snopa.[16] Dva elektrona svakog atoma formiraju unutrašnju sfernu atomsku orbitalu (ružičasta); tri druga elektrona zauzimaju sp2 hibridne orbitale unutar gustih ravni i prave jake σ veze između susednih atoma (zeleno); šesti elektron zauzima isturenu pz orbitalu koja formira slabe π veze. Prostor između slojeva je uglavnom crn, što označava nultu gustinu elektronskih oblaka.

Čvrsti ugljenik dolazi u različitim oblicima poznatim kao alotropi u zavisnosti od vrste hemijske veze. Dva najčešća su dijamant i grafit (manje uobičajeni uključuju bukminsterfuleren). U dijamantu su veze sp3 orbitalni hibridi i atomi formiraju tetraedre od kojih je svaki povezan sa četiri najbliža suseda. U grafitu su sp2 orbitalni hibridi i atomi se formiraju u ravnima od kojih je svaki vezan za tri najbliža suseda udaljena 120 stepeni.[17][18]

Pojedinačni slojevi se nazivaju grafen. U svakom sloju atomi ugljenika su raspoređeni u saćastu rešetku sa dužinom veze od 0,142 nm, a rastojanje između ravni je 0,335 nm.[19] Atomi u ravni su povezani kovalentno, pri čemu su zadovoljena samo tri od četiri potencijalna mesta vezivanja. Četvrti elektron je slobodan da migrira u ravni, čineći grafit električno provodljivim. Vezivanje između slojeva je preko slabih van der Valsovih veza, koje omogućavaju da se slojevi grafita lako odvoje, ili da klize jedan pored drugog.[20] Električna provodljivost okomita na slojeve je posledično oko 1000 puta niža.[21]

Dva poznata oblika grafita, alfa (heksagonalni) i beta (romboedarski),[22] imaju veoma slična fizička svojstva, osim što se slojevi grafena slažu drugačije: slaganje u alfa grafitu je ABA, za razliku od ABC slaganja u energetski manje stabilnom i ređem beta grafitu.[23] Alfa oblik se može konvertovati u beta oblik mehaničkim tretmanom, a beta oblik se vraća u alfa oblik kada se zagreje iznad 1300 °C.[24]

Termodinamika

[uredi | uredi izvor]
Teorijski predviđeni fazni dijagram ugljenika

Uslovi ravnoteže pritiska i temperature za prelaz između grafita i dijamanta su dobro utvrđeni teorijski i eksperimentalno. Pritisak se linearno menja između 1,7 GPa na 0 K i 12 GPa na 5000 K (trostruka tačka dijamant/grafit/tečnost).[25][26] Međutim, faze imaju širok region oko ove linije gde mogu koegzistirati. Pri normalnoj temperaturi i pritisku, 20 °C (293 K) i 1 atm (0,10 MPa), stabilna faza ugljenika je grafit, ali dijamant je metastabilan i njegova stopa konverzije u grafit je zanemarljiva.[27] Međutim, na temperaturama iznad oko 4500 K, dijamant se brzo pretvara u grafit. Brza konverzija grafita u dijamant zahteva pritiske znatno iznad linije ravnoteže: na 2000 K potreban je pritisak od 35 GPa.[25]

Vidi još

[uredi | uredi izvor]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ Liquid method: pure graphene production. Phys.org (May 30, 2010).
  2. ^ Graphite. Mindat.org.
  3. ^ Graphite. Webmineral.com.
  4. ^ a b v Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C., ur. (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. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Lide David R., ur. (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics (87th izd.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0487-3. 
  7. ^ Susan Budavari, ur. (2001). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (13th izd.). Merck Publishing. ISBN 0911910131. 
  8. ^ Sutphin, David M.; James D. Bliss (avgust 1990). „Disseminated flake graphite and amorphous graphite deposit types; an analysis using grade and tonnage models”. CIM Bulletin. 83 (940): 85—89. 
  9. ^ a b graphite. Encyclopædia Britannica Online.
  10. ^ Harper, Douglas. „graphite”. Online Etymology Dictionary. 
  11. ^ IUPAC. „highly oriented pyrolytic graphite”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
  12. ^ „Graphite”. Minerals Database. Minerals Education Coalition. 2018. Pristupljeno 9. 12. 2018. 
  13. ^ Maria, Lugaro (2005). Stardust From Meteorites: An Introduction To Presolar Grains. World Scientific. str. 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”. Ur.: Delhaes, Pierre. Graphite and precursors. Gordon & Breach. str. 1–24. ISBN 9789056992286. 
  18. ^ Pierson, Hugh O. (2012). Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes : properties, processing, and applications. Noyes Publications. str. 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 Slobodan pristup. 
  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 Slobodan pristup. doi:10.1007/s11467-018-0867-y. 
  24. ^ IUPAC. „Rhombohedral graphite”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
  25. ^ a b 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”. Ur.: Yang, Guowei. Laser ablation in liquids : principles and applications in the preparation of nanomaterials. Pan Stanford Pub. str. 164—165. ISBN 9789814241526. 
  27. ^ Rock, Peter A. (1983). Chemical Thermodynamics. University Science Books. str. 257–260. ISBN 9781891389320. 

Literatura

[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze

[uredi | uredi izvor]
Grafit na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Графит&oldid=27922278”