La grafite è un minerale costituito da carbonio. La grafite è costruita in strati orizzontali con anelli di sei atomi di carbonio, e questi fogli non sono vicini tra loro.
Il valore della grafite viene sfruttato in molti campi, dal grasso alla scienza sofisticata, e influenza diversi ambiti.
Struttura atomica della grafite
Disposizione del carbonio
Immagina un nido d'ape non fatto di cera ma solo di atomi di carbonio! La struttura atomica della grafite è la sua natura fondamentale.
Ogni atomo di carbonio in uno strato si lega fortemente ad altri tre, creando una rete forte. Ogni atomo di carbonio siede felicemente al centro di un cerchio a sei lati, creando molti fogli esagonali che vanno avanti all'infinito.
Questa configurazione, chiamata ibridazione sp², consente a ogni atomo di carbonio di creare tre forti legami covalenti con i suoi vicini più prossimi. Ciò lascia un elettrone in più che può viaggiare su tutto il foglio. Questi elettroni liberi sono essenziali per molte delle caratteristiche uniche della grafite.
Legame
A differenza del diamante, in cui ogni atomo di carbonio crea quattro forti legami per tenerli insieme in una rigida forma a scatola, le connessioni della grafite puntano in una direzione. Le deboli forze tra gli strati li lasciano scivolare via come frittelle su una piastra.
Questa connessione unica mostra anche perché la grafite può condurre elettricità. Gli elettroni liberi possono muoversi facilmente attraverso i fogli, quindi è una scelta perfetta per batterie ed elettrodi.
Confronto con altri allotropi
A differenza della durezza del diamante, la grafite ha strati che si piegano. Questo mostra come il carbonio possa avere forme o configurazioni diverse (allotropi). Mentre un diamante è composto tetraedricamente con ogni atomo di carbonio connesso ad altri quattro, la struttura esagonale della grafite gli consente di avere proprietà diverse. Osservando la grafite e i fullereni, la forma rotonda dei fullereni differisce notevolmente dal modo in cui la grafite è composta da strati.
Proprietà fisiche della grafite
Colore e aspetto
Il colore della grafite varia da un aspetto metallico lucido a una tonalità grigio scuro. Il suo aspetto unico la rende più attraente e facile da individuare in diversi utilizzi. Questo colore unico è ottimo per le matite, rendendo le immagini e i disegni più profondi ed emozionanti.
Densità e peso specifico
Even though it’s strong, graphite is surprisingly lighter compared with metal. The density of graphite is about approximately 1.7 g/cm³. Its many layers and open rooms let it stay on top in water. It also feels as light as a feather when you touch it. Because it’s not heavy, it is perfect for uses where weight is essential, such as airplane pieces and sports gear.
Punti di fusione e di ebollizione
Sebbene la grafite sia eccellente nel trasportare calore, ha bisogno di 3.500 °C per ammorbidirsi e diventare liquida. Questo punto di fusione elevato è eccellente per usi caldi come oggetti realizzati in fonderia e persino parti di reattori nucleari. Immagina di avere una matita in un vulcano, ecco quanto può diventare calda la grafite.
Conduttività (elettrica e termica)
La capacità della grafite di condurre elettricità e calore sono strettamente correlate. Gli elettroni in movimento nei suoi strati condividono facilmente sia il calore che l'elettricità.
Ciò lo rende uno strumento facile per caricare le batterie, riscaldare le cose e persino lavorare con i touch screen. Immagina lo scorrimento del tuo telefono, quell'azione fluida è dovuta alla conduttività della grafite.
Proprietà di lubrificazione
Gli strati di grafite consentono di muoversi facilmente tra gli strati, rendendola un lubrificante eccellente. Ciò la rende popolare nei casi in cui sono importanti meno scivolamenti e un movimento fluido. Ciò la rende ottima per serrature, ruote e persino matite.
Struttura cristallina della grafite
Disposizione a reticolo esagonale
Gli atomi di carbonio della grafite si allineano in uno schema esagonale all'interno di strati piatti. Ciò rende la struttura bella e resistente. Questa configurazione contribuisce a rendere la grafite speciale, come la sua capacità di condurre elettricità e le sue proprietà scivolose.
Strati e forze intermolecolari
I fogli di grafite, come pezzi impilati, hanno una straordinaria resistenza alla flessione e al movimento perché deboli connessioni tra le molecole li tengono insieme. Queste forze aiutano gli strati a muoversi facilmente l'uno sull'altro. Ciò fa sì che la grafite agisca in un modo unico, che può essere utilizzato in diverse attività.
Proprietà meccaniche della grafite
Forza e durezza
La grafite è forte e dura, il che la rende durevole per molti usi. La sua struttura forte ha molti strati. Ogni legame tra due atomi di carbonio in un foglio è forte, rimanendo insieme sotto pressione.
Flessibilità ed elasticità
Anche se il diamante è duro e si rompe facilmente, gli strati speciali della grafite lo rendono sorprendentemente flessibile.
La grafite si allunga e si piega facilmente, rendendo difficile la rottura in diverse situazioni. Questa flessibilità aiuta a proteggere da sforzi o danni quando le cose si muovono. Le deboli forze tra i fogli consentono loro di piegarsi e torcersi senza rompersi. Ciò la rende ideale per guarnizioni, grasso e persino ammortizzatori.
Natura anisotropica
La grafite non è un materiale qualunque. Le sue proprietà cambiano a seconda che tu stia spingendo o tirando in modi diversi. È forte e solida lungo le linee, ma debole e facile da far scivolare tra di esse. Questa caratteristica "unidirezionale" è eccellente per usi che richiedono particolari dettagli di direzione, come bussole e gomme elettriche.
Proprietà chimiche della grafite
Reattività con l'ossigeno
La grafite, una parte solitamente calma del mondo chimico, può avere problemi con l'ossigeno quando le cose si scaldano.
Quando la temperatura supera i 700 gradi, questo materiale si stacca a strati e si trasforma in anidride carbonica. Ciò aiuta ad alimentare incendi e grandi fornaci che fondono le cose. Questa caratteristica rafforza il materiale e lo mantiene in luoghi diversi, specialmente nell'aria.
Resistenza agli acidi e alle basi
I suoi forti legami carbonio-carbonio e la sua struttura a strati sono difficili da rompere per la maggior parte degli acidi e delle basi.
Ciò lo rende perfetto per utilizzi come le pareti interne dei reattori chimici e persino i contenitori che possono gestire metalli caldi. Questa caratteristica lo rende migliore in luoghi pericolosi, il che aiuta a utilizzare più tipi di cose.
Ossidazione e corrosione
La grafite cambia molto quando diventa molto calda, ma solitamente, in condizioni standard, questo cambiamento è lento e costante.
Arrugginisce lentamente o si consuma nel tempo. Con il passare del tempo, l'ossigeno attorno a lui crea gradualmente un sottile strato di anidride carbonica sulla sua superficie. Questa lenta usura non ne modifica le caratteristiche principali, rendendolo un materiale forte e affidabile.
Domande frequenti
1. Perché la grafite viene utilizzata come lubrificante?
La grafite è usata come una cosa scivolosa perché i suoi strati possono muoversi l'uno oltre l'altro. Questo accade perché delle forze deboli tengono insieme la grafite. Quindi, ha una proprietà scivolosa e viene usata come una cosa solida che scivola.
2. Perché la grafite può trasportare elettricità mentre il diamante no?
La grafite è un raro non metallo che può trasportare elettricità. Nella grafite, un atomo di carbonio è legato ad altri tre atomi di carbonio, e se c'è un punto libero o poco adatto che può condurre elettricità.
3. Quali sono le principali caratteristiche chimiche della grafite?
Poiché il legame tra due atomi di carbonio nella grafite è forte, ha un punto di fusione e di ebollizione elevato. Sappiamo che i legami covalenti sono più forti di altri.
Ulteriori risorse:
Grafite – Fonte: WIKIPEDIA
Grafite-Carbonio – Fonte: BRITANNICA
Che cosa è la grafite? – Fonte: BYJUS
