Grafite é um mineral constituído de carbono. O grafite é construído em camadas horizontais com anéis de seis átomos de carbono, e essas folhas não são muito próximas.
O valor do grafite é usado em muitas coisas, desde graxa até ciência sofisticada, e influencia diferentes áreas.
Estrutura atômica do grafite
Arranjo de Carbono
Imagine um favo de mel não feito de cera, mas apenas de átomos de carbono! A estrutura atômica do grafite é sua natureza fundamental.
Cada átomo de carbono em uma camada se liga fortemente a três outros, criando uma rede forte. Cada átomo de carbono fica feliz no meio de um círculo de seis lados, formando muitas folhas hexagonais que continuam para sempre.
Essa configuração, chamada hibridização sp², permite que cada átomo de carbono faça três ligações covalentes fortes com seus vizinhos próximos. Isso deixa um elétron extra que pode viajar por toda a folha. Esses elétrons livres são essenciais para muitas das características únicas do grafite.
Ligação
Ao contrário do diamante, onde cada átomo de carbono faz quatro ligações fortes para mantê-los juntos em um formato de caixa rígida, as conexões do grafite apontam para uma direção. As forças fracas entre as camadas as deixam deslizar como panquecas em uma chapa.
Essa conexão única também mostra por que o grafite pode conduzir eletricidade. Os elétrons livres podem se mover facilmente através das folhas, então é uma escolha perfeita para baterias e eletrodos.
Comparação com outros alótropos
Ao contrário da dureza do diamante, o grafite tem camadas que se dobram. Isso mostra como o carbono pode ter diferentes formas ou formatos (alótropos). Enquanto um diamante é montado tetraédrico com cada átomo de carbono conectado a quatro outros, a estrutura hexagonal do grafite permite que ele tenha propriedades diferentes. Olhando para o grafite e os fulerenos, o formato redondo dos fulerenos difere muito de como o grafite é feito de camadas.
Propriedades físicas do grafite
Cor e aparência
A cor do grafite varia de um visual metálico brilhante a um tom cinza escuro. Seu visual único o torna mais atraente e fácil de detectar em diferentes usos. Essa cor única é ótima para lápis, fazendo com que fotos e desenhos pareçam mais profundos e mais emocionantes.
Densidade e Gravidade Específica
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.
Pontos de fusão e ebulição
Embora o grafite seja excelente em transportar calor, ele precisa de 3.500°C para ficar macio e líquido. Esse alto ponto de fusão é excelente para usos quentes, como coisas feitas em uma fundição e até mesmo partes de reatores nucleares. Pense em ter um lápis em um vulcão, é assim que o grafite pode ficar quente.
Condutividade (Elétrica e Térmica)
A capacidade do grafite de conduzir eletricidade e calor está intimamente relacionada. Os elétrons em movimento em suas camadas compartilham facilmente tanto calor quanto eletricidade.
Isso o torna uma ferramenta fácil para carregar baterias, aquecer coisas e até mesmo trabalhar com telas sensíveis ao toque. Imagine a rolagem do seu telefone, essa ação suave é devido à condutividade do grafite.
Propriedades de lubrificação
As camadas de grafite permitem que ele se mova facilmente entre as camadas, tornando-o um excelente lubrificante. Isso o torna popular em casos em que menos deslizamento e movimento suave são importantes. Isso o torna ótimo para fechaduras, rodas e até mesmo lápis.
Estrutura cristalina do grafite
Arranjo de treliça hexagonal
Os átomos de carbono do grafite se alinham em um padrão hexagonal dentro de camadas planas. Isso torna a estrutura bonita e forte. Essa configuração ajuda a tornar o grafite especial, como sua capacidade de conduzir eletricidade e propriedades escorregadias.
Camadas e Forças Intermoleculares
As folhas de grafite, como peças empilhadas, têm incrível resistência à flexão e movimento porque conexões fracas entre moléculas as mantêm unidas. Essas forças ajudam as camadas a se moverem facilmente umas sobre as outras. Isso faz com que o grafite atue de uma forma única, que pode ser usada em diferentes negócios.
Propriedades mecânicas do grafite
Resistência e Dureza
O grafite é forte e duro, o que o faz durar muito para muitos usos. Sua estrutura forte tem muitas camadas. Cada ligação entre dois átomos de carbono em uma folha é forte, permanecendo unida sob pressão.
Flexibilidade e Elasticidade
Embora o diamante seja duro e quebre facilmente, as camadas especiais do grafite o tornam surpreendentemente dobrável.
O grafite estica e dobra facilmente, o que o torna difícil de quebrar em diferentes situações. Essa flexibilidade ajuda a proteger contra tensão ou danos quando as coisas estão se movendo. Forças fracas entre as folhas permitem que elas dobrem e torçam sem quebrar. Isso o torna ótimo para juntas, graxa e até amortecedores de choque.
Natureza anisotrópica
Grafite não é um material comum. As propriedades dele mudam com base em se você está empurrando ou puxando de maneiras diferentes. É forte e firme ao longo das linhas, mas fraco e fácil de deslizar entre elas. Essa característica "unidirecional" é excelente para usos que precisam de detalhes de direção especiais, como bússolas e borrachas elétricas.
Propriedades químicas do grafite
Reatividade com Oxigênio
O grafite, uma parte normalmente calma do mundo químico, pode ter problemas com o oxigênio quando as coisas estão quentes.
Quando mais quente do que 700 graus, esse material descasca em camadas e se transforma em dióxido de carbono. Isso ajuda a alimentar incêndios e a abastecer grandes fornalhas que derretem coisas. Essa característica fortalece o material e dura em diferentes lugares, especialmente ao redor do ar.
Resistência a ácidos e bases
Suas fortes ligações carbono-carbono e estrutura em camadas são difíceis de quebrar pela maioria dos ácidos e bases.
Isso o torna perfeito para usos como paredes internas de reatores químicos e até mesmo recipientes que podem lidar com metais quentes. Esse recurso o torna melhor em lugares perigosos, o que ajuda a usar mais tipos de coisas.
Oxidação e Corrosão
O grafite muda muito quando fica muito quente, mas geralmente, em condições normais, essa mudança é lenta e constante.
Ele enferruja ou desgasta lentamente com o tempo. Conforme o tempo passa, o oxigênio ao redor dele gradualmente cria uma fina camada de dióxido de carbono em sua superfície. Esse desgaste lento não altera suas principais características, tornando-o um material forte e confiável.
Perguntas frequentes
1. Por que o grafite é usado como lubrificante?
O grafite é usado como algo escorregadio porque suas camadas podem passar umas pelas outras. Isso acontece porque forças fracas estão mantendo o grafite unido. Então, ele tem uma propriedade parecida com escorregadia e é usado como algo sólido deslizante.
2. Por que o grafite pode transportar eletricidade, mas o diamante não?
Grafite é um raro não-metal que pode transportar eletricidade. No grafite, um átomo de carbono é ligado a três outros átomos de carbono, e se houver um ponto livre ou solto que pode conduzir eletricidade.
3. Quais são as principais características químicas do grafite?
Como a ligação entre dois átomos de carbono no grafite é forte, ele tem um ponto de fusão e ebulição alto. Sabemos que ligações covalentes são mais fortes do que outras.
Mais recursos:
Grafite – Fonte: WIKIPEDIA
Grafite-Carbono – Fonte: BRITANNICA
O que é grafite – Fonte: BYJUS
