O que é grafite? - Definição, tipos e usos

O que é Grafite?

O grafite, arcaicamente conhecido como plumbago, é uma forma macia e cristalina de carbono com seus átomos dispostos em uma estrutura hexagonal. A grafite é uma forma natural de carbono cristalino. É um elemento mineral nativo encontrado em rochas metamórficas e ígneas. A grafite é um mineral de extremos.

A grafite é um mineral que se forma quando o carbono é submetido a calor e pressão na crosta terrestre e no manto superior. Pressões na faixa de 75.000 libras por polegada quadrada e temperaturas na faixa de 750 graus Celsius são necessárias para produzir grafite. Estes correspondem às fácies metamórficas granulíticas. Sob altas pressões e temperaturas, converte-se em diamante.

É cinza a preto, opaco e tem um brilho metálico, é flexível, mas não elástico. Apresenta as propriedades de um metal e de um não metal, o que o torna adequado para muitas aplicações industriais. As propriedades metálicas incluem condutividade térmica e elétrica. As propriedades não metálicas incluem inércia, alta resistência térmica e lubricidade.

A grafite é usada em lápis e lubrificantes. É um bom condutor de calor e eletricidade. Sua alta condutividade o torna útil em produtos eletrônicos, como eletrodos, baterias e painéis solares.

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Quem descobriu o grafite?

O grafite foi sintetizado acidentalmente pela primeira vez por Edward G. Acheson quando ele estava fazendo experimentos de alta temperatura com carborundum. Ele descobriu que a cerca de 4.150°C (7.500°F) o silício no carborundum evapora e o carbono permanece na forma grafítica.

Acheson recebeu uma patente para a produção de grafite em 1896, e a produção comercial começou em 1897. Desde 1918, o coque de petróleo, cristais de grafite pequenos e imperfeitos cercados por compostos orgânicos, tem sido a principal matéria-prima para a produção de grafite 99 a 99,5 por cento puro .

Que cor é grafite?

O grafite varia em cor de cinza a preto e é opaco e metálico na aparência. É composto de átomos de carbono e pode ser considerado carvão em seu grau mais alto, embora normalmente não seja usado como combustível.

O grafite é uma cor cinza médio. Como nome de cor, é usado de forma intercambiável com “carvão”. Refere-se ao “chumbo” em lápis de madeira, que na verdade são feitos de um pigmento à base de grafite e um aglutinante de argila.

Grafite, um tom de cinza, é uma cor basicamente sem emoção. Desapegado, neutro e indeciso, é uma transição entre o branco e o preto.

Estrutura de Grafite

O grafite tem uma estrutura em camadas que consiste em anéis de seis átomos de carbono dispostos em folhas horizontais amplamente espaçadas. O grafite cristaliza assim no sistema hexagonal, em contraste com o mesmo elemento que cristaliza no sistema octaédrico ou tetraédrico como o diamante.

O grafite consiste em camadas de átomos de carbono dispostos em anéis hexagonais de 6 membros. Esses anéis são conectados uns aos outros em suas bordas. Camadas de anéis fundidos podem ser modeladas como uma série infinita de anéis de benzeno fundidos (sem átomos de hidrogênio).

Os átomos de carbono nestes arranjos de anel estão no estado hibridizado sp2. No modelo de orbital molecular sp2, cada átomo de carbono está ligado a três outras espécies, no caso do grafite mais três átomos de carbono. Neste modo de ligação, o ângulo de ligação entre átomos de carbono adjacentes é 120.

Essas “matrizes de anel” são organizadas em grandes camadas de átomos de carbono, e camadas individuais são chamadas de camadas de grafeno. O comprimento da ligação carbono-carbono em um plano de camada é 1,418. As camadas de grafite são empilhadas umas sobre as outras paralelamente ao eixo cristalográfico “C” do sistema hexagonal de 4 eixos no qual o grafite cristaliza. Para obter mais informações sobre a estrutura de grafite, visite nosso guia.

Propriedades do grafite

Grafite é um alótropo de carbono que é usado para fazer hastes moderadoras em usinas nucleares. Suas propriedades são as seguintes:

• Uma substância opaca, preta acinzentada.
• Mais leve que diamante, suave e escorregadio ao toque.
• Bom condutor de eletricidade (devido à presença de elétrons livres) e bom condutor de calor.
• Um sólido cristalino
• Muito ensaboado ao toque.
• Não inflamável.
• Suave devido às forças fracas da parede de Vander.
• O condutor de eletricidade.

propriedades físicas do grafite

O grafite tem um alto ponto de fusão, semelhante ao de um diamante. Para derreter grafite, não basta soltar uma folha da outra. Você tem que quebrar a ligação covalente em toda a estrutura.

É macio e escorregadio ao toque e é usado em lápis e como lubrificante seco para coisas como fechaduras. Você pode pensar no grafite mais como um baralho de cartas – cada carta é forte, mas as cartas deslizam umas sobre as outras ou até mesmo caem do baralho. Quando você usa um lápis, as folhas vão esfregar e grudar no papel.

Além disso, tem uma densidade menor que o diamante. Isso se deve à quantidade relativamente grande de espaço que é “desperdiçado” entre as folhas.

É insolúvel em água e solventes orgânicos – pela mesma razão que o diamante é insolúvel. A força de atração entre as moléculas do solvente e os átomos de carbono nunca será forte o suficiente para superar as fortes ligações covalentes do grafite.

A grafite conduz eletricidade. Os elétrons deslocalizados podem se mover livremente através das folhas. Quando um pedaço de grafite é amarrado em um circuito, os elétrons podem cair de uma extremidade da folha e ser substituídos por novos na outra extremidade.

Propriedades químicas do grafite

Cor	Preto-ferro a cinza-aço; azul profundo na luz transmitida
Classificação química	Elemento nativo
Raia	Preto
Brilho	Metálico, às vezes terroso
Diafaneidade	Opaco
Clivagem	Perfeito em uma direção
Dureza de Mohs	1 a 2
Gravidade Específica	2,1 a 2,3
Propriedades de diagnóstico	Cor, listra, sensação escorregadia, gravidade específica
Composição química	C
Sistema de cristal	Hexagonal

Tipos de grafite

Os diferentes tipos de grafite:

1. Grafite Natural
   1. Grafite Alta Cristalina
   2. Grafite amorfo
   3. Grafite em flocos
2. Grafite Sintético.

1. Grafite Natural

A grafite natural é uma forma mineral de carbono grafítico. Varia consideravelmente em cristalinidade. A maior parte da grafite comercial é minha e geralmente contém outros minerais. Depois que o grafite é minerado, geralmente requer uma quantidade considerável de processamento mineral, como flotação de espuma, para concentrar o grafite.

A grafite natural é um excelente condutor de calor e eletricidade que é estável em uma ampla faixa de temperatura e é um material de alta resistência com alto ponto de fusão de 3650 ° C. É usado principalmente para refratários, baterias, siderurgia, grafite expandido, freio revestimentos, revestimentos de fundição e lubrificantes.

A grafite natural está disponível em três formas, todas processadas a partir de material de grafite de origem natural. Cada uma das três formas tem propriedades únicas que as tornam adequadas para determinadas aplicações.

1.1 Grafite Cristalino

Diz-se que veio cristalino ou grafite granulado é considerado a forma mais rara, mais valiosa e de mais alta qualidade de grafite natural. É formado pela deposição direta de carbono grafítico sólido de fluidos subterrâneos de alta temperatura, como petróleo bruto, e foi convertido em grafite pelo tempo, temperatura e pressão.

O Sri Lanka é a única jurisdição que atualmente produz grafite de veio cristalino. A grafite venosa cristalina é fácil de moldar e pode ser moldada em formas sólidas sem o auxílio de um aditivo aglutinante, resultando em economia significativa de custos em relação a matérias-primas de qualidade inferior.

As rachaduras de grafite cristalino geralmente têm uma espessura entre 1 cm e 1 m e geralmente têm uma pureza de mais de 90% Cg. Tem uma pureza de 95-99% de carbono sem refino. É adequado para muitos usos como grafite em flocos e oferece uma vantagem competitiva distinta em termos de preços de mercado e aplicações de produtos como lubrificantes, baterias, rebolos e metalurgia do pó.

1.2 Grafite Amorfo

A grafite amorfa é comumente formada por metamorfose de contato entre uma camada de carvão antracito e um agente metamórfico. O resultado é a grafite microcristalina, comumente conhecida como grafite amorfa. A grafite amorfa é a grafite mais limitada entre a grafite natural. O teor de grafite varia entre 25% e 85% dependendo do ambiente geológico.

Foi encontrado como partículas extremamente pequenas, semelhantes a cristais, em leitos de rochas mesomórficas, como carvão, ardósia e ardósia. A pureza de carbono comparativamente baixa varia entre 70 e 85% de carbono após o refino. Não é visível a menos que visto sob ampliação.

É usado para produtos de grafite de baixa qualidade, como lápis, lubrificantes, refratários, fabricação de tintas, metalurgia, revestimentos, pastilhas de freio e aditivos de borracha. É a forma mais barata de grafite. Grandes depósitos de grafite amorfo são encontrados na China, México e Estados Unidos.

1.3 Flake Graphite

A grafite em flocos natural é formada quando o material de carbono é exposto a alta pressão e temperatura. O material fonte de carbono pode ser orgânico ou inorgânico, embora a maioria dos flocos de grafite comercialmente disponíveis seja derivado de depósitos orgânicos. A pressão necessária é geralmente superior a 1 gigapascal e a temperatura necessária é geralmente superior a 750 graus Celsius.

A grafite em flocos pode ser encontrada em rochas metamórficas que são distribuídas uniformemente por todo o corpo do minério ou em bolsões concentrados em forma de lente. A faixa de concentração de carbono varia entre 5% e 40%. A grafite em flocos pode ser encontrada como uma forma lamelar ou escamosa em certas rochas metamórficas, como calcário, gnaisse e xisto.

A flotação de espuma é usada para extrair grafite em flocos. A grafite “flutuante” tem um teor de grafite de 80% -90%. Mais de 98% da camada foi feita usando processos de preparação química de grafite. A grafite em flocos pode ser encontrada em muitos lugares ao redor do mundo.

2. Grafite Sintético

A grafite sintética pode ser gerada a partir de coque e piche. Embora este grafite não seja tão cristalino quanto o grafite natural. É possível ter grafite pirolítico altamente ordenado ou grafite pirolítico altamente orientado (HOPG) refere-se a grafite com um espalhamento angular entre as folhas de grafite de menos de 1°.

Existem basicamente dois tipos de grafite sintético. Um deles é o eletrografite, carbono puro produzido a partir de piche de alcatrão de carvão e coque de petróleo calcinado em um forno elétrico. O segundo é o grafite sintético, criado pelo aquecimento do piche de petróleo calcinado a 2800 °C.

Basicamente, o grafite sintético tem maior resistência elétrica e porosidade, e menor densidade. Sua porosidade aprimorada o torna inadequado para aplicações refratárias.

O grafite sintético contém principalmente carbono grafítico que foi obtido por grafitização, tratamento térmico de carbono não grafítico ou deposição de vapor químico de hidrocarbonetos em temperaturas acima de 2100 K.

Aplicação de aplicações aeroespaciais de grafite sintético, escovas de carvão, eletrodos de grafite, baterias e hastes moderadoras em usinas nucleares. O alto nível de porosidade do grafite sintético o torna inadequado para aplicações refratárias.

Usos do grafite

Grafite tem sido usado desde os tempos antigos. Tem uma ampla gama de aplicações no mundo moderno também.

Vejamos alguns usos comuns de grafite abaixo:

• Materiais de redação
• Lubrificantes
• Refratário
• Reatores nucleares
• Baterias
• Folhas de grafeno

1. Materiais de redação

A palavra grafite vem da língua grega que se traduz como “escrever”. Portanto, o uso mais comum do grafite é para fazer a mina em lápis. Este chumbo é uma mistura de argila e grafite que está em uma forma amorfa.

2. Lubrificantes/Repelentes

A grafite é um dos principais ingredientes em lubrificantes como graxas, etc. Este mineral reage com o vapor de água atmosférico e cria uma fina película ou camada sobre a superfície aplicada, reduzindo assim o atrito. O grafite também é usado em freios e embreagens de carros.

A forma em pó de grafite granulado também é usada em tintas. Por quê? Bem, grafite por natureza é repelente à água. Por isso, oferece um revestimento protetor em madeira e outras superfícies.

3. Refratários

Devido à sua alta tolerância ao calor e imutabilidade, o grafite é um material refratário amplamente utilizado. Encontra seu uso na indústria manufatureira e auxilia na produção de vidro e aço, bem como no processamento de ferro.

4. Reatores Nucleares

A grafite pode absorver nêutrons em movimento rápido. Como resultado, é usado em reatores para estabilizar reações nucleares.

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5. Indústria Elétrica

A grafite em flocos cristalino é usada na fabricação de eletrodos de carbono, escovas e placas necessárias em baterias de células secas e na indústria elétrica. Curiosamente, a grafite natural também é processada em grafite sintética. Este tipo de grafite é útil em baterias de íons de lítio.

6. Folhas de grafeno

A grafite pode ser usada para fazer folhas de grafeno. Diz-se que essas chapas são 100 vezes mais fortes e 10 vezes mais leves que o aço. Este derivado do grafite é ainda usado na fabricação de equipamentos esportivos leves e fortes. Muitos estão considerando aplicações futuras no campo da indústria médica e aeroespacial.

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Referência:

Materiais de grafite:usgs.gov

Perguntas frequentes.

O que é grafite?

O grafite, arcaicamente conhecido como plumbago, é uma forma macia e cristalina de carbono com seus átomos dispostos em uma estrutura hexagonal. A grafite é uma forma natural de carbono cristalino. É um elemento mineral nativo encontrado em rochas metamórficas e ígneas. A grafite é um mineral de extremos.

Quais são os tipos de grafite?

Grafite Natural:As três formas são grafite amorfa, grafite em flocos e grafite de veio cristalino, e cada uma delas possui propriedades únicas que as tornam adequadas para determinadas aplicações.

Quem descobriu o grafite?

O grafite foi sintetizado acidentalmente por Edward G. Acheson enquanto ele realizava experimentos de alta temperatura com carborundum. Ele descobriu que a cerca de 4.150 ° C (7.500 ° F) o silício no carborundum vaporizou, deixando o carbono para trás na forma de grafite.

Para que serve o grafite?

O grafite também é usado em lápis, fabricação de aço e em eletrônicos, como smartphones. Talvez sua aplicação mais importante seja a bateria de íons de lítio, onde o grafite está acima do lítio como ingrediente principal. Na verdade, há 10 a 30 vezes mais grafite do que lítio em uma bateria de íons de lítio.

Do que é feito o grafite?

A grafite é feita de carbono puro. Os átomos de carbono são capazes de formar ligações que criam várias estruturas diferentes. Diamante e grafite são duas das formas mais conhecidas (alótropos) de carbono.

O que há de especial no grafite?

É único porque possui propriedades tanto de um metal quanto de um não metal:é flexível, mas não elástico, possui alta condutividade térmica e elétrica e é altamente refratário e quimicamente inerte. O grafite tem uma baixa adsorção de raios X e nêutrons, tornando-o um material particularmente útil em aplicações nucleares.

Onde o grafite é encontrado?

O grafite é mais frequentemente encontrado como flocos ou camadas cristalinas em rochas metamórficas, como mármore, xisto e gnaisse. A grafite também pode ser encontrada em camadas de xisto e carvão ricas em orgânicos. Nesses casos, o próprio grafite provavelmente resultou da metamorfose de plantas mortas e matéria animal.

O grafite é bom para a pele?

Os grafites são usados ​​em homeopatia para pessoas com distúrbios de pele de longo prazo e pele rachada e coriácea. Há apenas evidências anedóticas de que pode ajudar os sintomas da psoríase.

O grafite é usado como lubrificante?

O grafite tem sido usado por muitos anos como lubrificante [164]. Acredita-se que o mecanismo de lubrificação da grafite seja de natureza mecânica e resulta do deslizamento de uma partícula de grafite sobre outra partícula de grafite. O grafite pode ser usado como lubrificante seco ou pode ser disperso em óleo lubrificante.

Como você transforma carvão em grafite?

Em um forno de micro-ondas, faíscas são geradas dentro de um frasco de vidro contendo pó de carvão. Usando folha de cobre, recipientes de vidro e um forno de microondas doméstico convencional, pesquisadores da Universidade de Wyoming demonstraram que pó de carvão pulverizado pode ser convertido em nanografite de maior valor.

O grafite é mais forte que o aço?

O grafeno, um material que consiste em uma única camada de átomos de carbono, tem sido apontado como o material mais forte que existe, 200 vezes mais forte que o aço, mais leve que o papel e com extraordinárias propriedades mecânicas e elétricas.

O grafite é uma substância?

A grafite é um alótropo do carbono. É uma substância macia, preta acinzentada e opaca composta de átomos de carbono.

O que pode derreter grafite?

O grafite realmente não derrete em pressões normais. Como o dióxido de carbono, ele vai diretamente do estado sólido para o gasoso. Portanto, o grafite não tem ponto de fusão até atingir cerca de 100 atmosferas.

Quem produz grafite?

Embora a China seja o maior produtor mundial de grafite, as reservas de grafite do país são as segundas maiores do mundo. O país com o maior volume de reservas de grafite do mundo é a Turquia. Em 2020, eles tinham aproximadamente 90 milhões de toneladas métricas de reservas de grafite natural.

Onde está o grafite mais puro do mundo?

Sri Lanka. A mineração de grafite no Sri Lanka ocorreu desde a ocupação holandesa do país. É o único país do mundo a produzir a forma mais pura de grafite, grafite de veio (também conhecido como grafite granulado), em quantidade comercial, que atualmente representa menos de 1% da produção mundial de grafite.

O grafite bloqueia a radiação?

Os filmes de grafite podem proteger os dispositivos eletrônicos da radiação eletromagnética (EM), mas as técnicas atuais para fabricá-los levam várias horas e exigem temperaturas de processamento em torno de 3.000 °C.

Quais são os efeitos colaterais do grafite?

Efeitos da superexposição A inalação repetida de grafite natural ao longo de vários anos pode causar cicatrizes nos pulmões com sintomas como aperto no peito, falta de ar, tosse, expectoração preta e dor.

Por que o grafite é usado no lápis?

O grafite possui estruturas em camadas de camadas que são ligadas por forças de van der Waal. O grafite limpa facilmente entre as camadas e, portanto, é muito macio e escorregadio. Por esta razão, é usado em lápis e como lubrificante em máquinas que funcionam a altas temperaturas.

Por que o grafite é um excelente lubrificante?

Os átomos de carbono estão fortemente ligados entre si em folhas. Como as ligações entre as folhas são fracas, o grafite apresenta menor resistência ao cisalhamento sob força de atrito. Assim, pode ser usado como lubrificante sólido e tornou-se um dos materiais de lubrificação sólidos tradicionais e primários.

Por que o grafite pode ser usado como lubrificante, mas o diamante não?

Devido à sua suavidade e natureza não volátil, o grafite é usado como lubrificante nas partes de máquinas em movimento rápido. É usado para lubrificar as peças de máquinas que operam em altas temperaturas. O diamante, por outro lado, é uma substância extremamente dura; portanto, não pode ser usado como lubrificante.

Por que grafite é diferente de diamante?

Grafite e diamante são dois dos minerais mais interessantes. Eles são idênticos quimicamente – ambos são compostos de carbono (C), mas fisicamente são muito diferentes. … O grafite é muito macio e tem uma dureza de 1 a 2 nesta escala. Os diamantes são a substância natural mais dura conhecida e têm uma dureza de 10.

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