Grafit

Grafit – pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Stosowany jako naturalny suchy smar. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.

Właściwości 
 Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło
 Odporny na wysoką temperaturę
 Jest kruchy

W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy grafitu. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest to minerał giętki, ale nie sprężysty. Krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku tłusty i brudzący.

Występowanie 
Powstaje w wyniku zmetamorfizowania skał, jako produkt końcowy przemiany substancji organicznych bogatych w węgiel. Pojawia się także w pegmatytach i żyłach hydrotermalnych. Niekiedy bywa znajdowany wśród granitów, porfirów, gabr, granulitów. Współwystępuje z pirytem, markasytem, kalcytem.

Miejsca występowania w Polsce: Tworzy znaczne nagromadzenia w postaci łupków grafitowych w okolicach Stronia Śląskiego oraz wkładki skał grafitowych napotykane koło Strzelina, Dzierżoniowa, Wałbrzycha i Bystrzycy Kłodzkiej. Występuje w wielu różnych skałach metamorficznych (m.in. w łupkach krystalicznych Tatr Zachodnich).

Miejsca występowania w świecie: Sri Lanka – największe złoża grafitu, Madagaskar, Rosja – Syberia, USA – Ogdensburg, Edison, Alabama (najpiękniejsze kryształy grafitu pochodzą ze Sterling Hill w New Jersey), Kanada – Quebec, Meksyk – Sonora, Niemcy – Bawaria.

Budowa grafitu i jego właściwości 
Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych o wielkiej liczbie skondensowanych pierścieni.

Podobnie jak w benzenie, każde wiązanie  w warstwie ma charakter zdelokalizowanego wiązania 1,5-krotnego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach, umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne.

Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania. Ich charakter, tradycyjnie określany jako oddziaływania Van der Waalsa, w istocie jest słabym oddziaływaniem metalicznym. Metaliczny charakter wiązania w połączeniu z relatywnie małą ilością biorących w nim udział elektronów (ok. 1 na 10 tys. atomów) i relatywnie dużą ruchliwością powoduje, że siła wiązania warstw jest zbliżona do tej charakterystycznej dla oddziaływań Van der Waalsa, a jednocześnie przewodność elektryczna w kierunku prostopadłym do płaszczyzn grafitowych jest o kilka rzędów wielkości większa od przewodności charakterystycznej dla kryształów Van der Waalsa (kryształów molekularnych).

Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1,415 Å (czyli 141,5 pm), zaś między warstwami 3,354 Å (335,4 pm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych.
Np. monokryształy grafitu przewodzą dobrze prąd elektryczny w kierunku równoległym do warstw i znacznie gorzej w kierunku prostopadłym.

Ze względu na to, że grafit techniczny jest zlepkiem niewielkich monokryształów, wykazuje on wysoką odporność mechaniczną na ściskanie i niewielką na rozciąganie i ścinanie. Jest więc jednocześnie twardy, łupliwy i podatny na ścieranie.
Te szczególne własności mechaniczne powodują, że grafit posiada wyjątkowe dobre własności smarujące. Podczas poddawania go siłom ścinającym jakie występują między obracającymi się kołami zębatymi, lub kołami zębatymi i łańcuchem, ulega on rozdrobnieniu do postaci proszku, o mikrometrycznych rozmiarach drobin. Każda z tych drobin zachowuje jednak dużą odporność na ściskanie co prowadzi do zjawiska supersmarowania.

Mikrokryształy grafitu są głównym składnikiem sadzy. Również w strukturze węgla kamiennego występują grafitopodobne struktury przedzielone fazą amorficzną.
Czysty grafit otrzymuje się w przemyśle przez kontrolowaną pirolizę antracytu w atmosferze azotu.

Zastosowanie 
 ma znaczenie naukowe – służy do określania genezy skał metamorficznych.
 do wyrobu suchych smarów
 do wyrobu cegieł ogniotrwałych
 grafit do ołówków
 czarne farby chroniące ołów przed korozją
 naczynia ognioodporne
 elektrody
 jako zbrojenie materiałów kompozytowych
 trzonki kijów golfowych typu driver
 tygle ogniotrwałe
 część ślizgowa pantografów
 środki polerskie
 jest dobrym moderatorem neutronów stosowanym w reaktorach jądrowych.

Przypisy 

Odmiany alotropowe węgla
Pierwiastki rodzime