Grafite Explicado: Definição, Tipos e Aplicações

O que é Grafite?

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

O 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 de granulito. Sob altas pressões e temperaturas, converte-se em diamante.

É cinza a preto, opaco e tem brilho metálico, é flexível mas não elástico. Exibe propriedades de um metal e 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 lubrificidade.

O grafite é usado 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 carborundo. Ele descobriu que a cerca de 4.150°C (7.500°F) o silício no carborundo evapora e o carbono permanece na forma grafítica.

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

Qual a cor do grafite?

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

O grafite é uma cor cinza média. Como nome de cor, é usado indistintamente com "carvão". Refere-se ao "grafite" em lápis de madeira, que são na verdade feitos de um pigmento à base de grafite e um aglutinante de argila.

Grafite, um tom de cinza, é uma cor basicamente sem emoção. Desapegada, neutra e indecisa, é uma transição entre branco e preto.

Estrutura do Grafite

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

O grafite consiste em camadas de átomos de carbono arranjados em anéis hexagonais de 6 membros. Estes anéis estão 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).

Átomos de carbono nestes arranjos de anéis 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, três outros átomos de carbono. Neste modo de ligação, o ângulo de ligação entre átomos de carbono adjacentes é 120.

Estes "arranjos de anéis" são arranjados 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. Camadas de grafite são empilhadas uma sobre a outra paralelas ao eixo cristalográfico "C" do sistema hexagonal de 4 eixos no qual o grafite cristaliza. Para mais informações sobre a estrutura do grafite, visite nosso guia.

Propriedades do Grafite

O grafite é um alotropo de carbono usado para fabricar hastes moderadoras em usinas nucleares. Suas propriedades são as seguintes:

• Substância cinza-escura, opaca.
• Mais leve que diamante, lisa e escorregadia ao toque.
• Bom condutor de eletricidade (devido à presença de elétrons livres) e bom condutor de calor.
• Sólido cristalino
• Muito ensaboado ao toque.
• Não inflamável.
• Mole devido a fracas forças de Van der Waals.
• Condutor de eletricidade.

Propriedades físicas do grafite

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

É mole 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 caem do baralho completamente. Quando você usa um lápis, as folhas se esfregam e grudam no papel.

Também tem 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 moléculas de solvente e átomos de carbono nunca será forte o suficiente para superar as fortes ligações covalentes no grafite.

O grafite conduz eletricidade. Os elétrons deslocalizados podem mover-se livremente através das folhas. Quando um pedaço de grafite é ligado a um circuito, 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 em luz transmitida
Classificação Química	Elemento nativo
Risco	Preto
Brilho	Metálico, às vezes terroso
Diafaniedade	Opaco
Clivagem	Perfeita em uma direção
Dureza de Mohs	1 a 2
Gravidade Específica	2,1 a 2,3
Propriedades Diagnósticas	Cor, risco, sensação escorregadia, gravidade específica
Composição Química	C
Sistema Cristalino	Hexagonal

Tipos de Grafite

Os diferentes tipos de grafite:

1. Grafite Natural
   1. Grafite de alta cristalinidade
   2. Grafite amorfo
   3. Grafite em folhas
2. Grafite Sintético.

1. Grafite Natural

O grafite natural é uma forma mineral de carbono grafitico. Varia consideravelmente em cristalinidade. A maior parte do grafite comercial é minerada e geralmente contém outros minerais. Após a mineração, geralmente requer uma quantidade considerável de processamento mineral como flotação por espuma para concentrar o grafite.

O 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, produção de aço, grafite expandido, revestimentos de freio, faces de fundição e lubrificantes.

O grafite natural está disponível em três formas, todas processadas a partir de material de grafite de origem natural. As três formas têm propriedades únicas que as tornam adequadas para certas aplicações.

1.1 Grafite Cristalino

Diz-se que o grafite cristalino de veio ou nódulo é considerado o mais raro, mais valioso e de mais alta qualidade de grafite natural. É formado por deposição direta de carbono grafitico sólido de fluidos subterrâneos de alta temperatura, como petróleo bruto, e foi convertido a grafite pelo tempo, temperatura e pressão.

Sri Lanka é a única jurisdição atualmente produzindo grafite cristalino de veio. O grafite cristalino de veio é fácil de moldar e pode ser formado em formas sólidas sem o auxílio de um aditivo ligante, resultando em economia significativa de custos sobre matérias-primas de menor qualidade.

Fendas de grafite cristalino tipicamente têm espessura entre 1 cm e 1 m e geralmente têm pureza superior a 90% Cg. Tem pureza de 95-99% de carbono sem refino. É adequado para muitos usos como grafite em folhas e fornece vantagem competitiva distinta em termos de preços de mercado e aplicações de produto como lubrificantes, baterias, rodas de moagem e metalurgia do pó.

1.2 Grafite Amorfo

O grafite amorfo é comumente formado por metamorfismo de contato entre um filão de carvão antracito e um agente metamórfico. O resultado é grafite microcristalino, comumente conhecido como grafite amorfo. O grafite amorfo é o mais limitado entre os grafites naturais. 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 xisto. A pureza de carbono comparativamente baixa varia entre 70 e 85% de carbono após 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 Grafite em Folhas

O grafite natural em folhas é formado quando material de carbono é exposto a alta pressão e temperatura. O material fonte de carbono pode ser orgânico ou inorgânico, embora a maioria do grafite em folhas comercialmente disponível seja derivado de depósitos orgânicos. A pressão necessária é geralmente maior que 1 gigapascal e a temperatura necessária é geralmente maior que 750 graus Celsius.

O grafite em folhas pode ser encontrado em rochas metamórficas uniformemente distribuídas por todo o corpo do minério ou em bolsões concentrados em forma de lente. A faixa de concentrações de carbono varia entre 5% e 40%. O grafite em folhas pode ser encontrado como forma lamelar ou escamosa em certas rochas metamórficas como calcário, gnaisse e xistos.

Flotação por espuma é usada para extrair grafite em folhas. Grafite "flutuante" tem teor de grafite de 80% -90%. Mais de 98% da camada foi feita usando processos de preparação química de grafite. Grafite em folhas pode ser encontrado em muitos lugares ao redor do mundo.

2. Grafite Sintético

O grafite sintético pode ser gerado 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 dispersão angular entre as folhas de grafite de menos de 1°.

Basicamente, existem dois tipos de grafite sintético. Um é eletrografite, carbono puro produzido de piche de alcatrão de carvão e coque de petróleo calcinado em forno elétrico. O segundo é grafite sintético, criado aquecendo piche de petróleo calcinado a 2800 °C.

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

O grafite sintético contém principalmente carbono grafitico que foi atingido por grafitização, tratamento térmico de carbono não grafitico, ou deposição química de vapor de hidrocarbonetos a temperaturas acima de 2100 K.

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

Usos do Grafite

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

Vamos ver alguns usos comuns do grafite abaixo:

• Materiais de Escrita
• Lubrificantes
• Refratários
• Reatores Nucleares
• Baterias
• Folhas de Grafeno

1. Materiais de Escrita

A palavra grafite vem da língua grega que se traduz como 'escrever'. Então o uso mais comum do grafite é na fabricação do grafite em lápis. Este grafite é uma mistura de argila e grafite que está em forma amorfa.

2. Lubrificantes/Repelentes

O grafite é um dos principais ingredientes em lubrificantes como graxa, etc. Este mineral reage com 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 carro.

A forma em pó do grafite de nódulo também é usada em tintas. Por quê? Bem, o grafite por natureza é repelente à água. Então 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 usado. Encontra seu uso na indústria de manufatura e ajuda na produção de vidro e aço, bem como no processamento de ferro.

4. Reatores Nucleares

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

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5. Indústria Elétrica

Grafite em folhas cristalinas é usado na fabricação de eletrodos de carbono, escovas e placas necessárias em baterias de célula seca e na indústria elétrica. Curiosamente, o grafite natural também é processado em grafite sintético. Este tipo de grafite é útil em baterias de íon-lítio.

6. Folhas de Grafeno

O grafite pode ser usado para fazer folhas de grafeno. Diz-se que estas folhas são 100 vezes mais fortes e 10 vezes mais leves que o aço. Este derivado do grafite é usado ainda na fabricação de equipamentos esportivos leves e fortes. Muitos estão considerando aplicações futuras nas áreas médica e aeroespacial.

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Referência:

Materiais de grafite: usgs.gov

Perguntas Frequentes

O que é Grafite?

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

Quais são os tipos de grafite?

Grafite Natural: As três formas são grafite amorfo, grafite em folhas e grafite cristalino de veio, e cada uma tem propriedades únicas que as tornam adequadas para certas aplicações.

Quem descobriu o grafite?

O grafite foi sintetizado acidentalmente pela primeira vez por Edward G. Acheson enquanto ele realizava experimentos de alta temperatura em carborundo. Ele descobriu que a cerca de 4.150 °C (7.500 °F) o silício no carborundo vaporizava, deixando o carbono para trás na forma grafítica.

Para que o grafite é usado?

O grafite também é usado em lápis, fabricação de aço e em eletrônicos como smartphones. Talvez sua aplicação mais importante seja a bateria de íon-lítio, onde o grafite supera até mesmo o lítio como ingrediente-chave. Há na verdade 10 a 30 vezes mais grafite que lítio em uma bateria de íon-lítio.

Do que o grafite é feito?

O grafite é feito de carbono puro. Átomos de carbono são capazes de formar ligações que criam uma série de estruturas diferentes. Diamante e grafite são duas das formas (alotropos) mais conhecidas de carbono.

O que é especial sobre o grafite?

É único por ter propriedades tanto de um metal quanto de um não-metal: é flexível mas não elástico, tem alta condutividade térmica e elétrica, e é altamente refratário e quimicamente inerte. O grafite tem 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 folhas ou camadas cristalinas em rochas metamórficas como mármore, xistos e gnaisses. O grafite também pode ser encontrado em xistos ricos em matéria orgânica e camadas de carvão. Nestes casos, o grafite provavelmente resultou do metamorfismo de matéria vegetal e animal morta.

O grafite é bom para a pele?

Grafites são usados na homeopatia para pessoas com distúrbios de pele de longo prazo e pele couro, rachada. Há apenas evidência anedótica de que pode ajudar sintomas de psoríase.

O grafite é usado como lubrificante?

O grafite tem sido usado por muitos anos como lubrificante. O mecanismo lubrificante do grafite é pensado como mecânico na natureza 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 transformar 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 micro-ondas doméstico convencional, pesquisadores da Universidade de Wyoming demonstraram que pó de carvão pulverizado pode ser convertido em nano-grafite de maior valor.

O grafite é mais forte que o aço?

Grafeno, um material consistindo de uma única camada de átomos de carbono, tem sido anunciado como o material mais forte conhecido, 200 vezes mais forte que o aço, mais leve que papel, e com propriedades mecânicas e elétricas extraordinárias.

O grafite é uma substância?

O grafite é um alotropo de carbono. É uma substância mole, cinza-escura e opaca feita de átomos de carbono.

O que pode derreter grafite?

O grafite na verdade não derrete em pressões normais. Como dióxido de carbono, vai diretamente do estado sólido para o gasoso. Então o grafite não tem ponto de fusão até chegar a cerca de 100 atmosferas.

Quem produz grafite?

Embora a China seja o principal 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 no 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 em Sri Lanka ocorre 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 de nódulo), em quantidades comerciais, que atualmente representa menos de 1% da produção mundial de grafite.

O grafite bloqueia radiação?

Filmes de grafite podem proteger dispositivos eletromagnéticos de radiação eletromagnética (EM), mas as técnicas atuais de fabricação levam várias horas e requerem temperaturas de processamento de cerca de 3000 °C.

Quais são os efeitos colaterais do grafite?

Efeitos de superexposição: Inalação repetida de grafite natural por vários anos pode causar cicatrização dos pulmões com sintomas como aperto no peito, falta de ar, tosse, escarro preto e dor.

Por que o grafite é usado em lápis?

O grafite tem estruturas em camadas que são ligadas por forças de Van der Waals. O grafite cliva facilmente entre as camadas e, portanto, é muito mole e escorregadio. Por esta razão, é usado em lápis e como lubrificantes em máquinas operando em altas temperaturas.

Por que o grafite é um excelente lubrificante?

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

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

Devido à sua maciez e natureza não volátil, o grafite é usado como lubrificante em partes de máquinas de movimento rápido. É usado para lubrificar partes 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 o grafite é diferente do diamante?

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