Graphit

Graphit Kategorie  I  : Native Elemente
Native Graphit
Allgemeines
CAS-Nummer	7782-42-5
Strunz Klasse	1.CB.05a 1 ELEMENTE (Metalle und intermetallische Legierungen; Metalloide und Nichtmetalle; Carbide, Silizide, Nitride, Phosphide)  1.C Metalloide und Nichtmetalle   1.CB Kohlenstoff-Silizium-Familie    1.CB.05a Graphit C Raumgruppe P 6 3 / mmc Punktgruppe 6 / m 2 / m 2 / m
Danas Klasse	1.3.6.2 Native Elemente und Amalgame 1. Natürliche Elemente und Amalgame 1.3.6.2 Graphit C.
Chemische Formel	C   [Polymorphe]VS
Identifizierung
Masse bilden	12,0107 ± 0,0008 uma C 100%,
Farbe	metallisches Grau; dunkelgrau; schwarz
Kristallklasse und Raumgruppe	dihexagonales Dipyramidal; P 6 3 / mmc
Kristallsystem	sechseckig
Bravais-Netzwerk	primitiv P.
Macle	am {1121}
Dekollete	perfekt auf {0001}
Unterbrechung	Sektiles, conchoidales, unregelmäßiges Mineral
Habitus	massive, sehr seltene Kristalle
Fazies	hexagonale Kristalle
Mohs-Skala	von 1,00 bis 2,00
Linie	Stahlgrau; schwarz
Funkeln	metallisch; Mast
Optische Eigenschaften
Brechungsindex	w = 1,93-2,07
Doppelbrechung	Einachsig (-)
Ultraviolette Fluoreszenz	irgendein
Transparenz	undurchsichtig
Chemische Eigenschaften
Volumenmasse	2,09-2,23 g / cm³
Schmelztemperatur	Sublimation Punkt: 3652  ° C . ° C.
Löslichkeit	in Wasser: unlöslich
Physikalische Eigenschaften
Magnetismus	Nein
Radioaktivität	irgendein
Vorsichtsmaßnahmen
WHMIS
D2A, D2A  : Sehr giftiges Material, das andere toxische Wirkungen verursacht. Ungetestete Mischung, die mindestens 0,1% eines Karzinogens (kristalline Kieselsäure) enthalten kann; ungetestete Mischung, die mindestens 1,0% eines Produkts enthalten kann, das chronische Toxizität verursacht (kristallines Siliciumdioxid)
Einheiten von SI & STP, sofern nicht anders angegeben.

Der Graphit ist eine Art Mineral , das mit dem ist Diamanten , die Lonsdaleit und Chaoit , von Allotrope Eingeborene Kohlenstoff .

Seine chemische Formel lautet "C", aber die nativen Formen erlauben es, Spuren von Wasserstoff ("H"), Stickstoff ("N"), Sauerstoff ("O"), Silizium ("Si") und Aluminium ("Al") zu finden. ), Eisen ("Fe") oder sogar Ton .

Erfinder und Etymologie

• Die historischen Ablagerungen sind britische Minen Seathwaite  (in) für die Herstellung von Bleistiftmine aus dem verwendeten XVII - ten  Jahrhundert. Da dieses Mineral Blei ähnelt , das dann zum Zeichnen oder Schreiben verwendet wird, erhält es den Namen Plumbagine . Plumbagine ersetzt nach und nach Blei Bleistift in Bleistifte. Erst 1779 analysierte der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele Plumbagine (das er früher schrieb) und bewies, dass es aus reinem Kohlenstoff und nicht aus Blei bestand, was zeigte, dass dieses Mineral eine bestimmte kristalline Form war. Kohlenstoff.
• Es war der deutsche Mineralogist Abraham Gottlob Werner , der 1789 den Begriff „Graphit“ prägte und sich dabei vom griechischen γράφειν ( graphein = schreiben) inspirieren ließ.

Gitologie

Es ist ein einheimisches Element, dessen Ablagerungen auf Kosten von kohlenstoffhaltigen Gesteinen (kohlenstoffreiche Gesteine ​​vom Typ Kohle ) gebildet wurden. Bestehend aus reinem Kohlenstoff, entspricht es dem endgültigen Koalifizierungsgrad , der unter Bedingungen regionaler Metamorphose oder Kontakt erreicht wird (Pegmatite oder hydrothermale Ablagerungen im Kontakthalo bestimmter Granite). Es kann auch durch Reduktion von Carbonaten gebildet werden . Es kommt in Quartieren vor “in Form von glimmerhaltigen, blättrigen, kompakten oder pulverförmigen Lamellenmassen; selten bei sechseckigen Lamellen; oft in verstreuten unregelmäßigen Pailletten. Es hat ein fettiges Gefühl, färbt die Finger und Blätter eine schwärzlich Markierung auf dem Papier“ .
Es ist auch in Meteoriten vorhanden.

Im XVIII - ten  Jahrhundert, der Exploration von Kohle reichen Vorkommen führte graphitischen Gesteinen (Schiefern, Quarziten), schwärzlichen Farbton, wie Milzbrand falsch zu interpretieren.

Kristallographie

• Struktur von Graphit.

• Elementares Netz.

Die Struktur von Graphit besteht aus nicht kompakten hexagonalen Schichten, Graphenen genannt , die in Richtung ihrer Normalen um ungefähr 0,336  nm voneinander getrennt sind . In jeder Schicht ist jedes Kohlenstoffatom durch kovalente Bindungen vom Sigma-Typ für seine 3 sp 2 -Elektronen und kovalente Bindungen vom π-Typ für sein anderes p-Elektron stark verbunden. Diese π-Bindungen sind konjugierte Bindungen mit den drei benachbarten Atomen, die Elektronen sind sehr mobil dort, was die große elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie die schwarze Farbe von Graphit erklärt. Die Bindungen zwischen den Schichten sind schwach und würden vom Van-der-Waals- Bindungstyp sein , was die Spaltung und die geringe Härte erklären würde . Zum anderen wird dies in neueren Arbeiten in Frage gestellt. .

Physikalische Eigenschaften

Graphit ist die stabile Form von Kohlenstoff bei normalen Temperaturen und Drücken.

Das Aussehen von Graphit ist das eines schwarzen Feststoffs mit einem submetallischen Glanz ; seine Härte ist gering und liegt auf der Mohs-Skala zwischen 1 und 2 .

Aufgrund seiner Schichtstruktur sind alle physikalischen Eigenschaften von Graphit anisotrop . Insbesondere ist die elektrische Leitfähigkeit in der Ebene der Bleche und in der senkrechten Richtung sehr unterschiedlich.

Polytypismus

Graphit existiert in zwei Polytypen  :

• Graphit- 2H , hexagonales Kristallsystem , dihexagonal-bipyramidale Kristallklasse , Raumgruppe P 6 3 / mmc , Stapelung vom ABAB-Typ, wobei die Ebene B in Bezug auf die Ebene A verschoben ist . Obwohl ihre Struktur der von kristallisierenden Metallen ähnlich ist Bei kompakter sechseckiger Stapelung ist Graphit ein Nichtmetall . Es hat eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit , sein spezifischer Widerstand beträgt 50 uΩm oder das 2900-fache von Kupfer .beim/.3{\ displaystyle a / {\ sqrt {3}}}
• Graphit-3 R , trigonal mit rhomboedrischem Gitter , Stapelung vom ABCABC-Typ. Die rhomboedrische Struktur ist instabil: Sie tritt beim Formen auf und verschwindet beim Tempern. Es wird nie als reine Form gefunden, sondern nur als Tendenz zur ABC-Stapelung in den primären hexagonalen Kristallen.

Die Kohle existiert in allen Zwischenzuständen zwischen amorphem und hexagonalem Graphit. Wir sprechen von "schmierstabilem" Graphit (aus dem lateinischen Schmiermittel , "um rutschig zu machen"), wenn die Schichten zufällig parallel bewegt werden, und von "turbostratischem" Graphit (aus dem lateinischen Turbo , "Wirbel"), wenn sie ebenfalls gedreht werden zufällig.

Synonymie

• Bleistift
• Graphitoid (Shepard)
• Mixraphit
• Malerglimmer
• Bleistift
• Graphit

Vielfalt

• Cliftonit (Fletcher): Graphitoktaeder in Pseudomorphen von Kamazit . Diese Sorte wurde zeitweise als Allotrop von Kohlenstoff angesehen, sogar als Pseudomorphose nach Diamant . Es kommt in bestimmten Eisenmeteoriten vor.

Verwendet

Graphit hat viele industrielle Anwendungen in verschiedenen natürlichen oder synthetischen Formen:

• mechanischer Aufbau: Reibungsteile, Dichtungen, Schmiermittel;
• elektrische Konstruktion: Motorbürsten  ;
• als Reduktionsmittel , insbesondere in der Stahlindustrie ( Koks aus Hochöfen );
• als Elektrode zum Beispiel in der Stahlindustrie (Elektrostahl);
• als Kathode zum Beispiel in der Aluminiumelektrolyseindustrie;
• als Kathode in der Galvanik und insbesondere in der Galvanotypie  ;
• als Moderator in Kernreaktoren  ;
• als Adsorbens in "Aktivkohle" -Filtern .
• als elektrischer Leiter ( Bleistift Mod , Graphitbombe )
• als Wärmetauscher zur Behandlung von Salzsäure (Herstellung von Farbpigmenten)
• als Hauptmaterial der Kohlefaser
• als Hauptmaterial für Badmintonschläger im Schaft und Rahmen

Es wird auch medizinisch als Absorptionsmittel für orale Vergiftungen und im militärischen Einsatz zur Beschädigung von Kraftwerken als Graphitbombe verwendet .

In der bildenden Kunst wird es zum Zeichnen verwendet . Es wird insbesondere zur Herstellung von Stiften verwendet, häufig unter dem falschen Namen "  Graphit  ".

Der häufigste Haushaltsgebrauch ist der Bleistift .

Es kann auch als Legierungsverbundwerkstoff (mit Titan oder Glasfaser ) bei der Herstellung von Tennisschlägerrahmen (auch in Aluminium erhältlich ) verwendet werden.

Eine pyrolytische Form von Graphit wird bei der Herstellung von Toren für Tetroden mit sehr hoher Leistung im Rundfunk verwendet . Erwähnt werden kann beispielsweise die TH539-Tetrode, die bis dahin verwendet wurdeMärz 2003auf einer der beiden 1000 kW langwelligen Allouis-Sendeeinheiten .

Produktion

Synthetischer Graphit wird im Allgemeinen nach dem Acheson-Verfahren hergestellt  : Die Hauptproduzenten im Jahr 2020 sind Showa Denko Carbon , SGL Carbon , Schunk Infrastrukturtechnik (Deutschland), Imerys (Frankreich), Tōkai Carbon (Japan) und Morgan Advanced Materials (Großbritannien).

Im Jahr 2019 kündigte die australische Agentur für erneuerbare Energien (ARENA) eine Beihilfe in Höhe von 9,41 Mio. AUD für ein Projekt der Hazer Group (australisches Unternehmen für erneuerbare Energien) zur Umwandlung von Biogas (hier aus der anaeroben Vergärung von Klärschlamm) in Graphit und Wasserstoff (10,72 USD) an Demonstrationsanlage in Mio. USD in Münster, Westaustralien).

Anmerkungen und Referenzen

1. Die Klassifikation der ausgewählten Mineralien ist die von Strunz , mit Ausnahme der Polymorphe von Siliciumdioxid, die unter den Silikaten klassifiziert sind.
2. berechnete Molekülmasse von „  Atomgewichte der Elemente 2007  “ auf www.chem.qmul.ac.uk .
3. GRAPHIT (NATÜRLICH) , Sicherheitsblatt (e) des Internationalen Programms für chemische Sicherheit , konsultiert am 9. Mai 2009
4. "  Natürlicher Graphit  " in der Datenbank der Chemikalien Reptox der CSST (Quebec Organisation, die für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz zuständig ist), abgerufen am 25. April 2009
5. Jean-Claude Boulliard, Die Mineralien , CNRS-Ausgaben,2016, p.  81.
6. Francis Ribemont, Jenseits des Bildes: Zeichentechniken, die von der Wissenschaft enthüllt wurden , Rennes Museum of Fine Arts,2007, p.  121.
7. Vgl. CAS Hoffmann und Alexander Wilhelm Köhler ( Hrsg. ), „  Mineralsystem des Herrn Inspektor Werners  “, Bergmännisches Journal , Freyberg, Crazische Buchhandlung, Bd.  1,1789, p.  369–386 ( online lesen ).
8. Alain Foucault , Jean-François Raoult, Wörterbuch der Geologie , Dunod,2001, p.  67.
9. Louis Chauris „  Propos sur le Graphit en Bretagne  “, Penn AR - Bett , n o  207,September 2009, p.  42.
10. Louis Chauris "  Propos sur le Graphit en Bretagne  ", Penn ar Bed , n o  207,September 2009, p.  43.
11. YJ Dappe , MA Basanta , F. Flores und J. Ortega , „  Schwache chemische Wechselwirkung und Van-der-Waals-Kräfte zwischen Graphenschichten: Ein kombinierter Ansatz der Dichtefunktional- und intermolekularen Störungstheorie  “, Physical Review B , vol.  74,28. November 2006, p.  205434 ( DOI  10.1103 / PhysRevB.74.205434 , online gelesen , abgerufen am 8. März 2016 )
12. Pierre-Joseph Buc'hoz - Mineralogisches und hydrologisches Wörterbuch Frankreichs, Band 3 1774, S. 590
13. Albert Auguste Cochon de Lapparent - Mineralogiekurs 1908 S.737
14. Auguste Drapiez - Klassisches Wörterbuch der Naturwissenschaften 1840 S.330
15. Charles S. Sonnini - Neues Wörterbuch der Naturgeschichte Band 20 1818 - S.505
16. Louis Jacques Thenard - Abhandlung über elementare, theoretische und praktische Chemie, Band 1 1817, S. 378
17. Liz Gyekye (2019) [ https://biomarketinsights.com/australia-backs-tech-that-converts-biogas-into-hydrogen-and-graphite/ “Australien unterstützt Technologien, die Biogas in Wasserstoff und Graphit umwandeln”], Biomarketing Sehenswürdigkeiten; 4. September 2019

Siehe auch

Externe Links

• BRGM Panorama 2011 des Graphitmarktes, Juli 2012