Graphite : densité, propriétés, caractéristiques et types d'application

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Le graphite est une substance qui se produit naturellement. C'est l'une des modifications du carbone, qui se caractérise par un certain réseau cristallin. Cela détermine les propriétés du graphite. Le carbone est présent dans la nature sous deux formes principales. Ce sont le graphite et le diamant. Leur formule chimique est identique, mais leurs propriétés physiques sont radicalement différentes.

C'est la structure du réseau cristallin qui affecte ces caractéristiques. Il possède des électrons libres qui déterminent les propriétés physiques de la matière. Le graphite, dont la densité, les types et la portée sont intéressants pour de nombreuses industries, mérite d'être examiné plus en détail.

Caractéristiques de base

Le graphite est une substance grise avec un éclat métallique. Il a une conductivité thermique élevée (3,55 W/deg./cm). Pour cette raison, le graphite est activement utilisé dans diverses industries. Ce chiffre est supérieur à celui d'une brique, ce qui s'explique par la présence d'électrons mobiles dans le réseau cristallin. Ils contribuent également à une bonne conductivité électrique. Dans tous les états d'agrégation, cette substance se caractérise par une faible résistance au courant (de 0,4 à 0,6 ohms).

Le graphite est une substance inerte qui n'est pas dissoute par des composants chimiquement actifs. Ceci n'est possible que lorsqu'il pénètre dans le milieu du métal en fusion à point d'ébullition élevé. Le graphite dans de telles conditions fond complètement, formant des carbures.

Le faible coefficient de frottement et le point de fusion élevé donnent de bonnes propriétés d'étanchéité. La densité du graphite (kg/m3) est de 2,23. Mais en même temps, le matériau se plie et se coupe bien.

Structure

Compte tenu de la densité du graphite, ainsi que des propriétés et des types, il est nécessaire de prêter attention à sa structure. Il s'agit d'une substance en couches. Ses atomes de carbone s'alignent dans un réseau cristallin en forme de nid d'abeille. Les hexagones dans une couche s'emboîtent parfaitement. Cependant, la relation entre chaque niveau est faible. C'est cette caractéristique qui facilite la rupture du graphite.

Sur l'échelle de Mohs, la dureté du matériau est de un. A titre de comparaison, cet indicateur est de 10 pour le diamant, et de 5 pour le grès cérame. A une température de 1500°C, selon les scientifiques, le réseau cristallin du graphite peut se transformer en diamant.

Au cours de la transformation industrielle, la structure de la matière change. Dans le même temps, différentes qualités de graphite ont des propriétés différentes. Si le matériau extrait n'a pas été traité artificiellement, il s'agit d'une substance de type naturel.

Graphite naturel

Le graphite, dont la densité et les propriétés diffèrent sensiblement selon la marque du fabricant, se trouve dans des conditions naturelles sous 2 variantes principales. Premier typedite hexagonale. Il a un réseau cristallin dans lequel la moitié des atomes de chaque couche sont au-dessus et au-dessous du centre de l'hexagone.

La deuxième modification est rhomboédrique. Chaque quatrième couche répète la première. Cette modification ne se produit dans la nature que sous forme d'impuretés. Si cette substance est chauffée à une température de 2500-3300 K, son réseau cristallin se transformera en un réseau hexagonal. Dans des conditions naturelles, le matériau se trouve plus souvent sous cette forme.

Composition

Dans la nature, le graphite ne se trouve jamais sous sa forme pure. Il contient une quantité assez importante de cendres (parfois jusqu'à 20%). Il est constitué de nombreux composés différents (FeO, MgO, CuO, CaO, etc.). Jusqu'à 2% de la masse du graphite naturel peut être occupée par des gaz. Du bitume et de l'eau peuvent également être présents.

La densité de la poudre de graphite varie en fonction de la dispersion, de la présence de pores. La valeur ci-dessus peut être réduite à 2,09 kg/m3. Le graphite est gras au toucher. Si vous le prenez avec vos mains, une marque caractéristique restera sur vos doigts. Par conséquent, des tiges pour un simple crayon sont créées à partir d'un tel matériau. Il laisse une marque claire sur le papier.

Graphite artificiel

Pour la production, il est très important de considérer quelle est la densité du graphite. La physique montre clairement que plus la densité de cette substance est élevée, plus sa conductivité thermique est élevée. Le graphite artificiel se caractérise par une grande pureté (jusqu'à 99%). Il augmente également considérablement la densité du matériau.

La production de graphite raffiné est réalisée par des influences thermochimiques et thermomécaniques. Pour chaque branche de production, une substance avec un certain ensemble de qualités est produite. Cela permet de répondre aux besoins de l'industrie en graphite avec des caractéristiques physiques données.

L'étiquetage des substances artificielles comprend une répartition des types de matériaux par destination. Il y a la fonderie, l'électrocarbone, la batterie, l'élémentaire, la lubrification et le crayon graphite. Il existe également des qualités spéciales utilisées dans les réacteurs nucléaires.

Champ d'application

Pendant la production, certaines propriétés du graphite sont définies. L'utilisation de cette substance leur appartient entièrement. Le graphite est utilisé en métallurgie dans la fabrication de moules ou de poches réfractaires, de récipients. Dans le processus de coulée, la poudre de la substance présentée est utilisée comme lubrifiant. L'un des composants des briques réfractaires est également le graphite. Il est ajouté au mélange dans la fabrication des plastiques.

Ce matériau est également utilisé pour la fabrication de contacts d'appareils électriques. Ceci est facilité par les propriétés conductrices électriques de la substance.

Les crayons graphite sont connus, peut-être, de tout le monde. Ce matériau est également utilisé dans la production de certains types de peintures. Dans ce cas, c'est du graphite noir (et non gris) qui est utilisé. Cette peinture a des propriétés anti-corrosion.

Les diamants artificiels sont obtenus à partir du minéral naturel présenté. Ils sont utilisés lorsqueproduction d'outils de coupe à usage intensif. En génie mécanique, la poudre de graphite sert de matériau pour les roulements, ainsi que pour les pistons et les bagues d'étanchéité. En tant que lubrifiant, il convient au traitement des chaînes de vélo, des ressorts de voiture, des charnières de porte.

Même de nombreux médicaments contiennent du graphite.

Applications alimentaires

La substance présentée est également largement utilisée dans l'industrie alimentaire. Pour ce faire, lors de la production, il subit certains traitements. La densité du fer, de l'alcool éthylique, du graphite et du sucre, pour des raisons évidentes, est différente. Mais le matériel présenté peut à la fois contenir et faire partie de certaines substances. On le trouve dans les paraffines, les esters, l'alcool et même le sucre.

Cela peut être vérifié par une simple expérience. Vous devez d'abord prendre un morceau de sucre. Il est placé sur un couvercle dur et recouvert d'un capuchon (vous pouvez utiliser un dé à coudre). Ensuite, le métal dont le sucre est recouvert est fortement chauffé. Au fil du temps, une fumée âcre sortira de sous le dé à coudre. Si vous apportez une allumette, le gaz brûlera.

Lorsque la fumée cesse d'émettre, vous pouvez retirer le dé à coudre. Il y a une masse noire sur le couvercle. C'est du charbon. C'est le carbone dont le graphite est fait.

Être dans la nature

Le graphite, dont la densité dépend de sa pureté, se trouve dans la nature en assez grande quantité. Environ 600 000 tonnes de cette substance sont extraites chaque année dans le monde entier. Le plus largeses réserves sont concentrées au Mexique, en République tchèque, en Chine, en Ukraine, au Brésil, en Russie, au Canada et en Corée du Sud.

Depuis l'Antiquité, les gisements de graphite ont suscité l'intérêt de l'humanité. Aujourd'hui, ces ressources naturelles sont valorisées afin de fournir à l'industrie des matériaux aux qualités requises. Le graphite se trouve dans les granites, les roches calcaires, le mica ou le gneiss sous forme d'inclusions fibreuses ou cristallines. L'exploitation minière est effectuée par des méthodes à ciel ouvert et souterraines.

Coût du graphite

Le graphite, dont la densité et la pureté affectent sa valeur, est désormais vendu à des prix assez raisonnables. Ceci est influencé par la taille de ses cristaux, ainsi que par la teneur en carbone. Plus il est élevé, plus le graphite est cher. Avec une teneur en carbone suffisamment élevée, les propriétés physiques du matériau augmentent. Ceci est précieux pour l'industrie dans une grande variété d'industries.

Aujourd'hui, le coût moyen du graphite est d'environ 45 roubles/kg. S'il a été traité artificiellement, le coût augmente considérablement. De plus, le prix d'un minéral naturel dépend de l'emplacement du gisement.

En nous familiarisant avec les principales propriétés et caractéristiques du graphite, nous pouvons conclure que le coût et les qualités techniques du matériau dépendent de sa densité. Par conséquent, le minerai extrait dans la nature est soumis à un traitement ultérieur. Cela améliore ses qualités.