Графит свойства

Сделать заказ

Графит. Общие свойства вещества:

Синонимы и иностранные названия:   graphite (англ.)
Тип вещества:  неорганическое
Внешний вид:  сер. гексагональные кристаллы
Кристаллические модификации, структура молекулы, цвет растворов и паров: Для углерода описано несколько кристаллических модификаций. Если не считать фуллеренов, это альфа- и бета-графит, алмаз, лонсдейлит (гексагональный алмаз), чаоит, карбин и углерод(VI).

При нормальных условиях наиболее устойчив альфа-графит (гексагональный). При растирании альфа-графит переходит в бета-графит (ромбоэдрический); при нагревании выше 1025 С происходит обратный переход.

В 1972 г вместе с чаоитом была получена новая аллотропная модификация углерода — гексагональный углерод(VI).

Имеется несколько исскуственных стуктурных форм углерода имеющих большое значение в промышленности. К ним относятся пирографит, сажи, активированные угли, стеклоуглерод, углеродные волокна.

Пирографит или пиролитический графит получают разложением углеродсодержащих материалов на поверхностях нагретых до 1000-2500 С. Если пиролиз протекает в конденсированной фазе, образуется низкотемпературный пирографит (800-1100 С). Пирографит — поликристаллический материал. Ряд электрофизических свойств пирографита обладают выраженной анизотропностью.

Стеклоуглерод и изделия из него могут быть получены при термическом разложении некоторых углеродных материалов, которые при пиролизе, минуя жидкую фазу, превращаются в карбонизованные продукты. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, кристаллы стеклоуглерода размером около 10 нм не имеют трехмерного упорядочения и состоят из двух видов углерода: тетраэдрической модификации с расположением атомов как у алмаза, и тригональной с расположением атомов как у графита. Вплоть до температуры 3200 С стеклоуглерод не графитизируется. В некоторых работах указывается, что углеродные атомы с тригональной связью длиной 0,142 нм образуют малые двумерные графитоподобные слои, которые соединены в трехмерную полимерную структуру углеродными атомами с тетраэдрической связью длиной 0,155 нм. Предложено молекулярно-ленточная модель, учитывающая образованием микрофирилл, наличие которых определяет необычные свойства стеклоуглеродов. Тетраэдрические атомы обусловливают высокую твердость стеклоуглерода. Плотность стеклоуглерода 1,5 г/см3, но он значительно прочнее графитов. У стеклоуглерода имеется пористость, он проводит элктрический ток, устойчив во многих агрессивных средах.

Сажи (или технический углерод) являются продуктом неполного сгорания или термического разложения органических веществ. Форма частиц большинства саж близка к сферической. Они состоят из беспорядочно расположенных кристаллитов, включающих 3-5 параллельных плоских решеток атомов углерода. Расстояние между плоскостями составляет 0,345-0,365 нм. Решетки в кристаллите смещены друг относительно друга, что еще больше увеличивает неупорядоченность стуктуры саж. Промежутки между кристаллитами заполнены неорганизованным углеродом, цементирующим структуру в единое целое.

Процесс получения углеродных волокон из органических волокон состоит из двух основных стадий: карбонизации при 900-1500 С и графитизации при 2600-2800 С. В зависимости от типа исходного сырья, углеродные волокнистые материалы могут быть получены в форме нити, жгута, войлока ,ленты, ткани. Волокна делятся на изотропные и анизотропные. Углеродные волокна имеют плотность 1,3-1,7 г/см3, удельную поверхность до 1000 м2/г.

Структура графита: плоскости из шестиугольных колец, расстояние между плоскостями 0,3345 нм, длина связей C-C 0,145 нм.

Брутто-формула (система Хилла) :   C
Молекулярная масса (в а.е.м.): 12,011
Температура возгонки (сублимации) (в °C):  3700
Растворимость (в г/100 г растворителя или характеристика):

вода: не растворим
ртуть: не растворим

Плотность:   2,265 (20°C, г/см³, состояние вещества — кристаллы)

Некоторые числовые свойства вещества: Твердость по шкале Мооса: 1,5

Периоды полураспада:

¹⁰₆C = 19,3 с (β⁺)
¹¹₆C = 20,3 мин (β⁺)
¹²₆C = стабилен (дефект масс 0 кэВ (содержание в природной смеси изотопов 98,93%))
¹³₆C = стабилен (дефект масс 3125 кэВ (содержание в природной смеси изотопов 1,07%))
¹⁴₆C = 5715 лет (β^-)
¹⁵₆C = 2,45 с (β^-)
¹⁶₆C = 0,75 с (β^-n)
¹⁷₆C = 0,19 с (β^-n)
¹⁸₆C = 90 мс (β^-n)
¹⁹₆C = 50 мс (n)
²⁰₆C = 10 мс ()
²¹₆C = менее 30 нс ()
²²₆C = 9 мс (β^-n)
⁸₆C = 0,0020 ас (p)
⁹₆C = 127 мс ()

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль):  0 (т)
Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль):  0 (т)
Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/(моль·K)):   5,74 (т)
Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/(моль·K)):  8,54 (т)
Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль):  717 (г)
Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/(моль·K)):  158 (г)
Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/(моль·K)):  20,8 (г)
Природные и антропогенные источники:

В атмосфере Солнца содержится 0,003 ат%. Изотоп ¹⁴C образуется в атмосфере из азота при взаимодействии с нейтронами космического излучения по ядерной реакции ¹⁴N(n,p)¹⁴C.

Симптомы хронического отравления:   Животные. Интратрахеальное введение крысам графита вызывает диффузный и узелковый фиброз легких.   Человек. В производстве графитовых изделий при стаже 10 лет и более нарушение вентиляционной функции легких встречается и у практически здоровых лиц, но чаще у курящих. С возрастанием стажа изменения углубляются, развивается хронический бронхит. Описана графитовая форма антракоза: развитие диффузного и узелкового фиброза легких, эмфиземы, участков некроза, образование каверн с жидкостью, содержащей графит, наступающие при стаже свыше 15 лет, хотя известны и случаи заболевания после 4—6 лет работы. При производстве углеграфитовых электродов отмечается более высокая общая заболеваемость женщин и особенно женской половой сферы (Гладкова, Абдырахманова).

Дополнительная информация:  

Соединения углерода, которые были описаны, но в последствии оказались несуществующими: H2CS4 (см. Angewandte Chemie International Edition. - 1962. — vol.1, №1 стр. 47-48).

Электронная конфигурация атома углерода 1s²2s²2p². Изотоп ¹⁴C участвует в процессе круговорота углерода в живых организмах. При этом устанавливается его стационарная концентрация 1,2·10^-10% от всего углерода находящегося в организме, что соответствует 15,3 распадов на каждый 1 г углерода. Однако, после гибели организма динамический обмен со средой прекращается и концентрация ¹⁴C экспоненциально уменьшается. На этой основе У. Либби разработал метод радиоуглеродного определения возраста образца, за что был удостоен Нобелевской премии по химии в 1960 г. Предел определяемого возраста около 50000 лет, так как к этому времени активность ¹⁴C падает до примерно 0,2% начальной и оказывается сравнимой с уровнем фона.

Аллотропная модификация углерода. Тройная точка графит-жидкость-пар находится при Т=4130К и давлении 12 МПа, графит — жидкость - алмаз при Т=4100 К и давлении 12,5 ГПа. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 К и давлении 11-12 ГПа.

В компактном виде не реагирует с кислотами и щелочами. Нагреванием с хлоратом калия и азотной кислотой окисляется в кислородсодержащий продукт неопределенного состава, называемый графитовой кислотой. Реагирует со фтором при 420 С с образованием (CF)n.

Источники информации:

1. Handbook of Chemistry and Physics. — CRC Press, Inc., 2002. — С. 11-52
2. Вредные химические вещества: Неорганические соединения элементов I-IV групп. Справочник. — Л.: Химия, 1988. - С. 296-300
3. Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — Т.1. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — С. 263
4. Гурвич Я.А. Справочник молодого аппаратчика-химика. — М.: Химия, 1991. — С. 51
5. Некрасов Б.В. Основы общей химии. - Т.1. — М.: Химия, 1973. — С. 499, 502, 505-506
6. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977. — С. 105
7. Реми Г. Курс неорганической химии. - Т.1. — М., 1963. — С. 461-463
8. Тарасевич М.Р. Электрохимия углеродных материалов. — М.: Наука, 1984. — С. 18-29
9. Успехи химии. — 1965. — Т.34, №1. - С. 132-153 (пирографит)