Grafiet Uitgelegd: Definitie, Typen en Toepassingen

Wat is Grafiet?

Grafiet, archaïsch aangeduid als plumbago, is een zacht, kristallijne vorm van koolstof met atomen gerangschikt in een hexagonale structuur. Grafiet is een natuurlijk voorkomende vorm van kristallijne koolstof. Het is een natureel element mineraal gevonden in metamorfeste en magmatische rotsen. Grafiet is een mineraal van extremen.

Grafiet is een mineraal dat ontstaat wanneer koolstof blootgesteld wordt aan hitte en druk in de aardkorst en in de bovenste mantel. Druk in het bereik van 75.000 pond per vierkante inch en temperaturen in het bereik van 750 graden Celsius zijn nodig om grafiet te produceren. Deze corresponderen met de granuliet metamorfaciese. Onder hoge druk en temperaturen converteert het naar diamant.

Het is grijs tot zwart, opak, en heeft een metaalachtige glans, het is flexibel maar niet elastisch. Het vertoont de eigenschappen van een metaal en een niet-metaal, wat het geschikt maakt voor veel industriële toepassingen. De metaalachtige eigenschappen omvatten thermische en elektrische geleiding. De niet-metallische eigenschappen omvatten inertheid, hoge thermische weerstand, en smering.

Grafiet wordt gebruikt in potloden en smeringsmiddelen. Het is een goede geleider van warmte en elektriciteit. De hoge geleiding maakt het nuttig in elektronische producten zoals elektroden, batterijen, en zonnepanelen.

Gerelateerd: Wat is Metaal en Niet-Metaal?

Wie ontdekte grafiet?

Grafiet werd voor het eerst per ongeluk gesynthetiseerd door Edward G. Acheson toen hij hoge-temperatuur experimenten deed met carborundum. Hij vond dat bij ongeveer 4.150°C (7.500°F) het silicium in het carborundum verdampt en de koolstof overblijft in grafietische vorm.

Acheson kreeg een octrooi voor grafietproductie in 1896, en commerciële productie begon in 1897. Sinds 1918 is petroleumcokes, kleine en onvolkome grafietkristallen omringd door organische verbindingen, de primaire grondstof voor de productie van 99 tot 99,5 procent zuiver grafiet.

Wat is de kleur van grafiet?

Grafiet varieert in kleur van grijs tot zwart en is zowel opak als metaalachtig in uiterlijk. Het is samengesteld uit koolstofatomen en kan beschouwd worden als steenkool in zijn hoogste graad, hoewel het niet typisch als brandstof gebruikt wordt.

Grafiet is een medium grijze kleur. Als kleurnaam wordt het interchangeabel gebruikt met "houtskool". Het verwijst naar het "lood" in houten potloden, die eigenlijk gemaakt zijn van een grafiet-gebaseerd pigment en een kleibinder.

Grafiet, een tint van grijs, is een kleur van basis geen emotie. Afzijdig, neutraal, en onbeslist, is het een overgang tussen wit en zwart.

Structuur van Grafiet

Grafiet heeft een gelaagde structuur die bestaat uit ringen van zes koolstofatomen gerangschikt in wijd gespreide horizontale vellen. Grafiet kristalliseert dus in het hexagonale systeem, in tegenstelling tot hetzelfde element dat kristalliseert in het octahedrale of tetrahedrale systeem als diamant.

Grafiet bestaat uit lagen van koolstofatomen gerangschikt in 6-leden, hexagonale ringen. Deze ringen zijn met elkaar verbonden aan hun randen. Lagen van samengevoegde ringen kunnen gemodelleerd worden als een oneindige reeks samengevoegde benzeenringen (zonder waterstofatomen).

Koolstofatomen in deze ringrangschikkingen zijn in de sp² gehybrideerde toestand. In het sp² moleculaire orbitaalmodel, is elk koolstofatoom gebonden aan drie andere soorten, in het geval van grafiet drie meer koolstofatomen. In deze bindingsmodus is de bindingshoek tussen aangrenzende koolstofatomen 120.

Deze "ring arrays" zijn gerangschikt in grote lagen van koolstofatomen, en individuele lagen worden grafeenlagen genoemd. De koolstof-koolstof bindinglengte in een lagenvlak is 1,418. Grafietlagen zijn gestapeld op elkaar parallel aan de kristallografische "C" as van het hexagonale 4-as systeem waarin grafiet kristalliseert. Voor meer informatie over grafietstructuur bezoek onze gids.

Eigenschappen van Grafiet

Grafiet is een allotroop van koolstof dat gebruikt wordt voor het maken van moderatorstaven in kerncentrales. De eigenschappen zijn als volgt:

• Een grijszwart, opake stof.
• Lichter dan diamant, glad en gladde aanraking.
• Een goede geleider van elektriciteit (Vanwege de aanwezigheid van vrije elektronen) en goede geleider van warmte.
• Een kristallijne vaste stof
• Zeer zeepachtig aan de aanraking.
• Niet-ontvlambaar.
• Zacht door zwakke Van der Waals krachten.
• De geleider van elektriciteit.

fysieke eigenschappen van grafiet

Grafiet heeft een hoog smeltpunt, vergelijkbaar met die van een diamant. Om grafiet te smelten, is het niet genoeg om één vel van een ander los te maken. U moet de covalente binding door de hele structuur breken.

Het is zacht en glad aan de aanraking en wordt gebruikt in potloden en als droog smeringsmiddel voor dingen zoals sloten. U kunt grafiet meer zien als een pak kaarten – elk kaart is sterk, maar de kaarten glijden bovenop elkaar of vallen zelfs van het pak af. Wanneer u een potlood gebruikt, wrijven de vellen af en plakken ze aan het papier.

Ook heeft het een lagere dichtheid dan diamant. Dit is vanwege de relatief grote hoeveelheid ruimte die "verspild" zit tussen de vellen.

Het is onoplosbaar in water en organische oplosmiddelen – om dezelfde reden dat diamant onoplosbaar is. De aantrekkingskracht tussen oplosmiddelmoleculen en koolstofatomen zal nooit sterk genoeg zijn om de sterke covalente bindingen in grafiet te overwinnen.

Grafiet geleidt elektriciteit. De gedelocaliseerde elektronen kunnen vrij bewegen door de vellen. Wanneer een stuk grafiet in een circuit verbonden wordt, kunnen elektronen van het ene einde van het val afvallen en vervangen worden door nieuwe aan het andere einde.

Chemische eigenschappen van Grafiet

Eigenschap	Waarde
Kleur	IJzerzwart tot staalgrijs; diep blauw in doorgelicht
Chemische Classificatie	Natureel element
Streek	Zwart
Glans	Metaalachtig, soms aardachtig
Diaphaneiteit	Opak
Kluivering	Perfect in één richting
Mohs Hardheid	1 tot 2
Specifiek Gewicht	2,1 tot 2,3
Diagnostische Eigenschappen	Kleur, streek, glad gevoel, specifiek gewicht
Chemische Samenstelling	C
Kristalsysteem	Hexagonaal

Typen van Grafiet

De verschillende typen grafiet:

1. Natuurlijk Grafiet
   1. Hoog Kristallijne grafiet
   2. Amorfe grafiet
   3. Schubgrafiet
2. Synthetisch Grafiet.

1. Natuurlijk Grafiet

Natuurlijk grafiet is een mineraalvorm van grafietische koolstof. Het varieert aanzienlijk in kristalliniteit. De meeste commerciële grafiet wordt gemijnd en bevat meestal andere mineralen. Na het mijnen van grafiet vereist het meestal een aanzienlijke hoeveelheid mineraalverwerking zoals schuimflotatie om de grafiet te concentreren.

Natuurlijk grafiet is een uitstekende geleider van warmte en elektriciteit die stabiel is over een wijd temperatuurbereik en is een hoog-kracht materiaal met een hoog smeltpunt van 3650 °C. Het wordt meestal gebruikt voor refractaire materialen, batterijen, staalmaken, uitgebreide grafiet, remkloven, gieterei-aanzichten, en smeringsmiddelen.

Natuurlijk grafiet is beschikbaar in drie vormen, die alle verwerkt zijn van natuurlijk bronnen van grafietmateriaal. De drie vormen hebben elk unieke eigenschappen die ze goed geschikt maken voor bepaalde toepassingen.

1.1 Kristallijne Grafiet

Het wordt gezegd dat kristallijne ader- of klontergrafiet beschouwd wordt als de zeldzaamste, meest waardevolle, en hoogste kwaliteit vorm van natuurlijk grafiet. Het wordt gevormd door directe depositie van vast grafietisch koolstof van ondergrondse hoge-temperatuur vloeistoffen zoals ruwe olie en is omgezet in grafiet door tijd, temperatuur en druk.

Sri Lanka is de enige jurisdictie die momenteel kristallijne adergrafiet produceert. Kristallijne adergrafiet is gemakkelijk te vormen en kan in vaste vormen gegoten worden zonder hulp van een binderadditief, wat resulteert in significante kostenbesparing ten opzichte van lagere kwaliteit grondstoffen.

Kristallijne adergrafiet kraken hebben typisch een dikte tussen 1 cm en 1 m en hebben meestal een zuiverheid van meer dan 90% Cg. Het heeft een zuiverheid van 95-99% koolstof zonder raffinage. Het is geschikt voor veel toepassingen als schubgrafiet en biedt een distinct concurrentievoordeel in termen van marktprijzen en producttoepassingen zoals smeringsmiddelen, batterijen, slijphielen, en poedermetallurgie.

1.2 Amorfe Grafiet

Amorfe grafiet wordt veelvoorkomend gevormd door contactmetamorfose tussen een anthracietkoollaag en een metamorfose agent. Het resultaat is microkristallijne grafiet, algemeen bekend als amorfe grafiet. Amorfe grafiet is het meest beperkte grafiet onder natuurlijk grafiet. Het grafietgehalte varieert tussen 25% en 85% afhankelijk van de geologische omgeving.

Het werd gevonden als extreem kleine, kristalachtige deeltjes in lagen van mesomorfe rotsen zoals steenkool, leisteen, en leisteen. De vergelijkend lage koolstofzuiverheid varieert tussen 70 en 85% koolstof na raffinage. Het is niet zichtbaar tenzij bekeken onder vergroting.

Het wordt gebruikt voor laag-kwaliteit grafietproducten zoals potloden, smeringsmiddelen, refractaire materialen, verfproductie, metallurgie, coatings, remblokken, en rubberadditieven. Het is de goedkoopste vorm van grafiet. Grote afzettingen van amorfe grafiet worden gevonden in China, Mexico, en de Verenigde Staten.

1.3 Schubgrafiet

Natuurlijk schubgrafiet wordt gevormd wanneer koolstofmateriaal blootgesteld wordt aan hoge druk en temperatuur. De koolstofbronmateriaal kan ofwel organisch of anorganisch zijn, hoewel de meeste commercieel beschikbare schubgrafiet afgeleid is van organische afzettingen. De vereiste druk is meestal groter dan 1 gigapascal en de vereiste temperatuur is meestal groter dan 750 graden Celsius.

Schubgrafiet kan gevonden worden in metamorfeste rotsen die gelijkmatig verdeeld zijn door het ertslichaam of in geconcentreerde lensvormige zakken. De reeks koolstofconcentraties varieert tussen 5% en 40%. Schubgrafiet kan gevonden worden als een lamellaire of schubvormige vorm in bepaalde metamorfeste rotsen zoals kalksteen, gneis, en schisten.

Schaumflotatie wordt gebruikt om schubgrafiet te extraheren. "Drijvende" grafiet heeft een grafietgehalte van 80% -90%. Meer dan 98% van de laag werd gemaakt met grafiet chemische voorbereidingsprocessen. Schubgrafiet kan op veel plaatsen over de wereld gevonden worden.

2. Synthetisch Grafiet

Synthetisch grafiet kan gegenereerd worden van cokes en pek. Hoewel deze grafiet niet zo kristallijn is als natuurlijk grafiet. Het is mogelijk om hoog geordende pyrolytische grafiet of hoog georiënteerde pyrolytische grafiet (HOPG) te hebben, wat verwijst naar grafiet met een hoekspreiding tussen de grafietvellen van minder dan 1°.

Er zijn eigenlijk twee typen synthetisch grafiet. Een is electrografiet, zuiver koolstof geproduceerd uit steenkoolteerpek, en gecalcineerde petroleumcokes in een elektrische oven. Het tweede is synthetisch grafiet, gecreëerd door gecalcineerde petroleumpek te verwarmen tot 2800 °C.

In basis heeft synthetisch grafiet hogere elektrische weerstand en porositeit, en lagere dichtheid. De verbeterde porositeit maakt het ongeschikt voor refractaire toepassingen.

Synthetisch grafiet bevat voornamelijk grafietische koolstof die bereikt is door grafitisatie, warmtebehandeling van niet-grafietische koolstof, of chemische dampdepositie van koolwaterstoffen bij temperaturen boven 2100 K.

Toepassing van synthetisch grafiet: luchtvaarttoepassingen, koolstofborstels, grafietelektroden, batterijen, en moderatorstaven in kerncentrales. Het hoge niveau van porositeit van synthetisch grafiet maakt het ongeschikt in refractaire toepassingen.

Toepassingen van Grafiet

Grafiet wordt gebruikt sinds oude tijden. Het heeft een wijd bereik aan toepassingen in de moderne wereld ook.

Laten we kijken naar enkele veelvoorkomende toepassingen van grafiet hieronder:

• Schrijfmaterialen
• Smeringsmiddelen
• Refractair
• Kernreactoren
• Batterijen
• Grafeen Vellen

1. Schrijfmaterialen

Het woord grafiet is afkomstig uit het Grieks wat vertaalt als 'schrijven'. Dus de meest veelvoorkomende toepassing van grafiet is in het maken van de mijn in potloden. Deze mijn is een mengsel van klei en grafiet wat in een amorfe vorm is.

2. Smeringsmiddelen/Weermiddelen

Grafiet is een van de hoofdingrediënten in smeringsmiddelen zoals vet, etc. Dit mineraal reageert met waterdamp in de atmosfeer en creëert een dunne film of laag over het toegepaste oppervlak en vermindert dus wrijving. Grafiet wordt ook gebruikt in autormen en koppelingen.

De poedervorm van klontergrafiet wordt ook in verfen gebruikt. Waarom? Nou, grafiet is van nature waterafstotend. Dus het biedt een beschermende coating op hout en andere oppervlakken.

3. Refractaire Materialen

Vanwege zijn hoge tolerantie voor hitte en onveranderlijkheid, is grafiet een wijd gebruikt refractair materiaal. Het vindt zijn gebruik in de productie-industrie en helpt in de productie van glas en staal alsook de verwerking van ijzer.

4. Kernreactoren

Grafiet kan snel bewegende neutronen absorberen. Als resultaat wordt het in reactoren gebruikt om kernreacties te stabiliseren.

Gerelateerd: Wat is Kernreactor?

5. Elektrische Industrie

Kristallijne schubgrafiet wordt gebruikt in de productie van koolstofelektroden, borstels, en platen nodig in droge cel batterijen en de elektrische industrie. Interessant genoeg wordt natuurlijk grafiet ook verwerkt tot synthetisch grafiet. Dit type grafiet is nuttig in lithium-ion batterijen.

6. Grafeen Vellen

Grafiet kan gebruikt worden om grafeen vellen te maken. Deze vellen worden gezegd 100 keer sterker en 10 keer lichter te zijn dan staal. Deze afgeleide van grafiet wordt verder gebruikt in het maken van lichte en sterke sportuitrusting. Velen overwegen toekomstige toepassingen in het veld van de medische en luchtvaartindustrie.

Lees Ook

• Wat is De Structuur van Grafiet
• Wat Zijn De Hoofdeigenschappen van Grafiet
• Wat zijn de Toepassingen van Grafiet
• Gietijzer | Typen, Eigenschappen, Toepassing, Voordelen, en Nadelen
• Wat is Chroom? Eigenschappen, gebruik, en Effect op het menselijk lichaam.

Referentie:

Grafiet materialen: usgs.gov

Veelgestelde Vragen

Wat is Grafiet?

Grafiet, archaïsch aangeduid als plumbago, is een zacht, kristallijne vorm van koolstof met atomen gerangschikt in een hexagonale structuur. Grafiet is een natuurlijk voorkomende vorm van kristallijne koolstof. Het is een natureel element mineraal gevonden in metamorfeste en magmatische rotsen. Grafiet is een mineraal van extremen.

Wat zijn de typen grafiet?

Natuurlijk Grafiet: De drie vormen zijn amorfe grafiet, schubgrafiet, en kristallijne adergrafiet, en ze hebben elk unieke eigenschappen die ze goed geschikt maken voor bepaalde toepassingen.

Wie ontdekte grafiet?

Grafiet werd voor het eerst per ongeluk gesynthetiseerd door Edward G. Acheson terwijl hij hoge-temperatuur experimenten uitvoerde op carborundum. Hij vond dat bij ongeveer 4.150 °C (7.500 °F) het silicium in het carborundum verdampte, waardoor de koolstof achterbleef in grafietische vorm.

Waarvoor wordt grafiet gebruikt?

Grafiet wordt ook gebruikt in potloden, staalproductie, en in elektronica zoals smartphones. Misschien de meest belangrijke toepassing is de lithium-ion batterij, waar grafiet hoger rangt dan zelfs lithium als de cruciale ingrediënt. Er is eigenlijk 10 tot 30 keer meer grafiet dan lithium in een lithium-ion batterij.

Waaruit is grafiet gemaakt?

Grafiet is gemaakt van zuiver koolstof. Koolstofatomen zijn in staat om bindingen te vormen die een aantal verschillende structuren creëren. Diamant en grafiet zijn twee van de meest bekende vormen (allotropen) van koolstof.

Wat is bijzonder aan grafiet?

Het is uniek in dat het eigenschappen heeft van zowel een metaal als een niet-metaal: het is flexibel maar niet elastisch, heeft een hoge thermische en elektrische geleiding, en is hoog refractair en chemisch inert. Grafiet heeft een lage adsorptie van X-stralen en neutronen wat het een bijzonder nuttig materiaal maakt in kerntoepassingen.

Waar wordt grafiet gevonden?

Grafiet wordt het meest gevonden als schubben of kristallijne lagen in metamorfeste rotsen zoals marmer, schisten en gneissen. Grafiet kan ook gevonden worden in organisch-rijke schisten en steenkoollaag. In deze gevallen is de grafiet waarschijnlijk het resultaat van de metamorfose van dode planten en dierenmaterie.

Is grafiet goed voor de huid?

Grafieten worden in homeopathie gebruikt voor mensen met langdurige huidaandoeningen en leerachtige, gekraakte huid. Er is alleen anekdotisch bewijs dat het psoriasis-symptomen kan helpen.

Wordt grafiet gebruikt als smeringsmiddel?

Grafiet is al jaren gebruikt als smeringsmiddel. Het smeermechanisme van grafiet wordt mechanisch in aard geacht en resulteert uit het glijden van één grafietdeeltje over een ander grafietdeeltje. Grafiet kan gebruikt worden als droog smeringsmiddel of kan gedispergeerd worden in smeringsolie.

Hoe zet u steenkool om in grafiet?

In een magnetron, worden vonken gegenereerd in een glazen flesje met steenkoolpoeder. Met koperfolie, glazen containers en een conventionele huishoudelijke magnetron, toonden onderzoekers van de Universiteit van Wyoming aan dat gepulveriseerd steenkoolpoeder geconverteerd kan worden naar hogere-waarde nano-grafiet.

Is grafiet sterker dan staal?

Grafeen, een materiaal bestaande uit een enkele laag koolstofatomen, wordt getouted als het sterkste bekende materiaal, 200 keer sterker dan staal, lichter dan papier, en met buitengewone mechanische en elektrische eigenschappen.

Is grafiet een stof?

Grafiet is een allotroop van koolstof. Het is een zachte, grijszwarte en opake stof gemaakt van koolstofatomen.

Wat kan grafiet smelten?

Grafiet smelt eigenlijk niet bij normale drukken. Als koolstofdioxide, gaat het direct van de vaste toestand naar de gasvormige. Dus grafiet heeft geen smeltpunt tot u bij ongeveer 100 atmosferen komt.

Wie produceert grafiet?

Hoewel China de leidende producent van grafiet is in de wereld, zijn de grafietreserves van het land de op een na grootste wereldwijd. Het land met het grootste volume grafietreserves in de wereld is Turkije. In 2020 hadden ze ongeveer 90 miljoen metriek ton natuurlijke grafietreserves.

Waar is het zuiverste grafiet in de wereld?

Sri Lanka. Grafietmijnen in Sri Lanka zijn gebeurd sinds de Nederlandse bezetting van het land. Het is het enige land in de wereld dat de zuiverste vorm van grafiet produceert, adergrafiet (ook bekend als klontergrafiet), in commerciële hoeveelheden, wat momenteel minder dan 1% van de wereldgrafietproductie uitmaakt.

Blokkeert grafiet straling?

Grafietfilms kunnen elektronische apparaten beschermen tegen elektromagnetische (EM) straling, maar huidige technieken voor het fabriceren ervan duren enkele uren en vereisen verwerkingstemperaturen van ongeveer 3000 °C.

Wat zijn de bijwerkingen van grafiet?

Effecten van overblootstelling Herhaalde inademing van natuurlijk grafiet over een aantal jaren kan littekenvorming van de longen veroorzaken met symptomen zoals borstspanning, benauwdheid, hoest, zwarte spuug, en pijn.

Waarom wordt grafiet in potlood gebruikt?

Grafiet gelaagde structuren van lagen die verbonden zijn door Van der Waals krachten. Grafiet schoont gemakkelijk tussen de lagen en daarom is het erg zacht en glad. Om deze reden wordt het in potloden en als smeringsmiddelen in machines die bij hoge temperaturen draaien gebruikt.

Waarom is grafiet een uitstekend smeringsmiddel?

De koolstofatomen zijn sterk samen gebonden in vellen. Omdat de bindingen tussen de vellen zwak zijn, toont grafiet lagere afschuifkracht onder wrijvingskracht. Dus kan het gebruikt worden als vast smeringsmiddel en is het een van de traditionele en primaire vaste smeringsmaterialen geworden.

Waarom kan grafiet gebruikt worden als smeringsmiddel maar diamant niet?

Vanwege zijn zachtheid en niet-vluchtige aard, wordt grafiet gebruikt als smeringsmiddel in de snel bewegende delen van machines. Het wordt gebruikt voor het smeren van de delen van machines die bij hoge temperaturen werken. Diamant, aan de andere kant, is een extreem harde stof; daarom kan het niet gebruikt worden als smeringsmiddel.

Waarom is grafiet anders dan diamant?

Grafiet en diamant zijn twee van de meest interessante mineralen. Ze zijn identiek chemisch – beide zijn samengesteld uit koolstof (C), maar fysiek zijn ze heel anders. … Grafiet is erg zacht en heeft een hardheid van 1 tot 2 op deze schaal. Diamanten zijn de hardest bekende natuurlijke stof en hebben een hardheid van 10.