Grafit: Struktur, egenskaber, forekomst og anvendelser
Grafit: Lær om struktur, egenskaber, forekomst og anvendelser — fra blyantens kerne til smøremidler, elektrisk ledningsevne og rolle i atomreaktorer.
Grafit er ligesom diamant en allotrope af kulstof. De to materialer består af de samme atomer, men deres forskellige indbyrdes bindinger og struktur i molekylet giver helt forskellige kemiske og fysiske egenskaber. Grafit består af skiferagtige lag af kulstofatomer bundet i plan med stærke kovalente bindinger, mens bindingerne mellem planene er svagere. De lag kan meget let glide over hinanden, hvilket gør grafit blødt og glidende i konsistensen. Det har et mat gråt udseende og kaldes ofte for bly sort, fordi det ligner metallet bly. På grund af de delokaliserede elektroner langs og mellem lagene kan grafit lede elektricitet godt i planene.
Struktur og væsentlige egenskaber
Grafit har en hexagonal lagopbygning, hvor hvert kulstofatom er sp2-hybrideret og bundet til tre naboer i et plan. Afstand mellem lagene er omkring 3,35 Å, og bindingerne mellem lagene er svage (van der Waals), hvilket forklarer grafits lave hårdhed og gode smøreegenskaber. Vigtige egenskaber i korte træk:
- Elektrisk ledningsevne: God ledning langs planene, dårlig på tværs — stærkt anisotrop.
- Termisk ledning: Meget god i planene; anvendes til varmeafledning i tekniske sammenhænge.
- Fysisk: Blødt (Mohs ca. 1–2), tæthed omkring 2,2–2,3 g/cm³.
- Stabilitet: Kemisk relativ inert ved stuetemperatur, men oxideres ved høje temperaturer til CO og CO2.
- Faseovergange: Ved ekstrem varme og tryk kan grafit omdannes til diamant — princippet bag fremstillingen af syntetiske diamanter.
Forekomst og udvinding
Grafit forekommer naturligt i flere former: flager (flake), blyant- eller pladegrafit (vein) og amorf grafit (ofte fra omdannet kul). Det dannes bl.a. ved metamorfose af organiske materialer (kul) under højt tryk og temperatur. Det meste naturlige grafit produceres fra miner i det nordøstlige Kina; andre vigtige forekomster findes i Sri Lanka, Canada og USA. Udvinding sker både i åbne dagbrud og underjordiske miner afhængigt af forekomstens geologi. Der fremstilles også store mængder syntetisk grafit ved graphitisering af petrokoks eller andre kulstofforbindelser ved meget høje temperaturer.
Anvendelser
Grafits egenskaber gør det nyttigt i mange forskellige sammenhænge:
- Blyanter: Den mest kendte anvendelse er som "bly" i en blyant, hvor grafit blandes med ler for at kontrollere hårdhed og mærkningsevne.
- Smøremiddel: Flydende eller pulveriseret grafit bruges som smøremiddel til at få mekaniske anordninger til at køre mere jævnt, især hvor olie ikke kan bruges (høj temperatur, vakuum).
- Elektroder og højtemperaturanvendelser: Grafit anvendes i elektroder (f.eks. i stålproduktion), som materialer til crucibles og andre refraktære komponenter.
- Batterier: Grafit er hovedmaterialet i anoden i mange lithium-ion-batterier.
- Nuklear teknologi: Grafit af høj renhed anvendes som neutronmoderator i visse atomreaktorer, f.eks. RBMK'er og AGR'er, fordi det bremser neutronerne uden at absorbere dem kraftigt.
- Kompositter og avancerede materialer: Grafit og dets afledte former (f.eks. grafén, carbon nanotubes) anvendes i letvægtskompositter, elektriske ledende belægninger og til termisk styring i elektronik.
Fremstilling, omdannelse og nye teknologier
Syntetisk grafit fremstilles ved opvarmning af organiske præformer (fx petrokoks) til meget høje temperaturer (graphitisering). Grafit kan også omdannes til diamant ved særligt højt tryk og temperatur (HPHT), eller der kan fremstilles diamant- og grafénbelægninger ved CVD-processer. Forskning i grafén og nanostrukturer har åbnet nye anvendelser inden for elektronik, sensorer og energilagring.
Sikkerhed og miljø
Grafit i sig selv er kemisk relativt ufarligt; stille og rolig kontakt giver typisk kun snavsede fingre. Fin grafitstøv kan dog være en sundhedsrisiko ved indånding over længere tid (irritation af lunger), og industrielle processer kræver støvkontrol. Mine- og fremstillingsprocesser kan have miljøpåvirkninger (landskabsændringer, affaldsprodukter), og genanvendelse af grafit fra fx batterier bliver vigtigere, efterhånden som efterspørgslen stiger.
Historie og navn
Navnet "grafit" blev indført af Abraham Gottlob Werner i 1789 med oprindelse i det græske sprog. Betegnelsen understreger materialets karakteristiske sorte, blylignende udseende og dets historiske anvendelse i skriveredskaber.
Samlet set er grafit et alsidigt kulstofmateriale med en unik lagdelt struktur, som giver kombinationen af mekanisk blødhed, elektrisk og termisk ledningsevne samt høj varmebestandighed — egenskaber, der udnyttes bredt i både traditionelle og moderne teknologier.
Grafit
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er grafit?
A: Grafit er en allotrope af kulstof, svarende til diamant. Det består af lag af kulstofatomer, som meget let kan glide over hinanden, hvilket gør det blødt og matgråt i udseende. Det kan også lede elektricitet godt på grund af delokaliserede elektroner mellem lagene.
Spørgsmål: Hvordan dannes grafit?
A: Grafit kan dannes af kul under høj varme og tryk, eller det kan omdannes til diamant med tilstrækkelig varme og tryk. Det er sådan, syntetiske diamanter fremstilles.
Spørgsmål: Hvor kommer det meste grafit fra?
A: Det meste grafit kommer fra miner i det nordøstlige Kina, men det kan også findes i Sri Lanka, Canada og USA.
Spørgsmål: Hvad blev grafit opkaldt efter?
A: Grafit blev navngivet af Abraham Gottlob Werner i 1789 med oprindelse i det græske sprog. Det blev også kaldt Lead Black, fordi det ligner metallet bly.
Spørgsmål: Hvad er nogle almindelige anvendelsesmuligheder for grafit?
A: Grafit bruges bl.a. som smøremiddel til at få mekaniske apparater til at køre lettere, og som "bly" i blyanter (som også indeholder ler). Grafit med høj renhed anvendes også som neutronmoderator i visse atomreaktorer som RBMK'er og AGR'er.
Spørgsmål: Kan man lave grafit om til diamant?
Svar: Ja, med tilstrækkelig varme og tryk kan man omdanne grafit til diamant - det er sådan syntetiske diamanter fremstilles.
Søge