Propiedades del grafito

Introducción

¿Por qué es especial el grafito? Es fuerte y resbaladizo. Mueve la electricidad con facilidad. Y resistente a la corrosión a altas temperaturas. Aquí aprenderá más sobre las propiedades del grafito. Veremos más de cerca por qué el grafito es un material tan perfecto para su uso en máquinas. Si quiere ver cómo ayuda el grafito a los ingenieros, siga leyendo.

Comprender las propiedades físicas del grafito

El grafito está hecho de carbono. Las capas son suaves y se mueven con facilidad. Cada capa es plana. Entre las propiedades del grafito destaca su poco peso, unos 2,26 g/cm³. Puedes extender la mano y tocarlo y es resbaladizo. Así es como se utiliza para mover la electricidad a través de él. El grafito también se utiliza en pilas y lápices.

No sólo se funde a 3550°C, sino que además es muy resistente. Es esta particularidad la que lo hace bueno dentro de las máquinas. El grafito es diferente al diamante pero bastante útil. El carbono también puede tener diferentes matices; ambos lo son pero funciona de forma diferente.

Propiedades químicas del grafito

- Alta inercia

Grafito no es fácil cambiar. La mayoría de los productos químicos no cambian. Los electrones que se encuentran en los átomos de carbono del grafito son muy fuertes. El grafito es seguro porque están dispuestos en capas. No se corroe ni en ácido ni en base. Por otra parte, se puede utilizar grafito en las fábricas y ¡funciona a 3600°C!

Por eso es bueno en máquinas grandes. Funciona a temperaturas muy altas, se puede confiar en él. También en los reactores nucleares, el grafito es resistente. Verás que dura más que casi cualquier otro material. Por eso Jinsun Carbon fabrica electrodos de grafito que pueden seguir funcionando en fábricas sometidas a altas temperaturas, durante mucho tiempo.

- Resistencia a la oxidación

El grafito es resistente. No se rompe con el calor. Por debajo de 600°C no reacciona con el oxígeno. Esto significa que es seguro para las fábricas. Se utiliza en hornos (si lo utilizara creando electrodos).

Entre las propiedades del grafito destaca su resistencia cuando las cosas se calientan. Esto se debe a que el grafito se protege a sí mismo para que no se rompa y dure más. En las fábricas de metal, donde el calor es muy alto, conviene utilizarlo. Todo se mantiene seguro y fuerte. Jinsun Carbon suministra electrodos de grafito para fábricas metalúrgicas que soportan el calor extremo, de forma segura.

- Resistencia al ácido

El grafito es seguro en ácido. No reacciona cuando se le echa un ácido fuerte, como el sulfúrico. Se encuentra en las pilas o en las fábricas de productos químicos. Este material es bueno funciona en lugares duros.

El grafito dura porque los átomos están fuertemente unidos. Las propiedades del grafito hacen que no cambie, ni siquiera en ácido. Mantiene las máquinas en condiciones de funcionamiento. En muchas de las industrias donde se pueden romper otros materiales excepto a un ácido fuerte, se utiliza.

- Resistencia a los álcalis

En álcali, el grafito se mantiene fuerte. No reacciona ante productos químicos fuertes, como el hidróxido de sodio. Es difícil de descomponer. Usted necesita que las cosas duren en su fábrica.

El grafito resiste las sustancias químicas que podrían dañar otras cosas. El grafito es seguro porque los átomos de carbono lo mantienen así. Tiene una gran resistencia a los álcalis; puede utilizarse donde otros materiales no duran mucho. Funciona cuando las cosas van mal, pero también cuando van bien.

- Estabilidad térmica

El grafito es estable al calor. Puede soportar temperaturas de hasta 3600°C. No se funde. Pero las capas de carbono siguen siendo fuertes y seguras. Puede utilizarse en máquinas muy calientes, como escudos térmicos y piezas de cohetes.

El calor también en el grafito va bien. Por eso está en la electrónica. Mantiene frías las máquinas. Su estabilidad térmica es una de las mejores propiedades del grafito. Está en muchos lugares de alto calor para que las cosas funcionen mejor. ¿Estas condiciones extremas? No hay problema, Jinsun Carbon productos de grafito excel.

Tabla de propiedades químicas del grafito

Propiedades mecánicas y resistencia del grafito

- Baja resistencia a la tracción

Separar el grafito no es fuerte. Es el que puede romperse con una fuerza de 20-25 MPa. Cuando se tira del grafito, se rompe porque no puede soportar tanta fuerza. Cuando se estira, sus capas de carbono resbalan. Por encima de 500 MPa de resistencia a la tracción, las cosas son más fuertes: el acero, por ejemplo.

Cuando pienses en las propiedades del grafito, recuerda que no soporta bien el estiramiento. Se rompe fácilmente si se tira de él con demasiada fuerza. La resistencia a la tracción significa cuánta tensión se puede ejercer sobre algo antes de que se rompa.

- Alta resistencia a la compresión

Si presionas el grafito, se vuelve muy fuerte. Esta cosa puede poner hasta 150 MPa de presión sobre ti. Se mantiene fuerte si lo presionas. Incluso bajo mucha fuerza, las capas de grafito son difíciles de aplastar. Es fuerte porque los átomos hexagonales ayudan a mantenerlo fuerte cuando se aprieta.

Si pensamos en las propiedades del grafito, vemos que soporta bien la presión. Tanto su fuerza como su resistencia a la compresión lo convierten en un buen candidato para las juntas que deben permanecer herméticas.

- Comportamiento anisótropo

La forma en que se empuja marca la diferencia para el grafito. Se rompe fácilmente en una dirección. En otra, es resistente a la compresión. Esto es anisotrópico según los ingenieros.

Al separarlas, las capas de carbono se deslizan, pero resisten la presión. Estas propiedades del grafito lo hacen especial para cosas como electrodos. Incluso conduce la electricidad mejor en un sentido que en otro.

- Módulo elástico

El grafito se dobla bajo presión, pero no demasiado. Su módulo elástico es de 10-15 GPa. La rigidez es lo que indica el módulo elástico. El grafito cede un poco cuando se le presiona, pero se recupera.

Por ejemplo, el acero es mucho más rígido con 200 GPa. Es más blando, dado que lo es, pero sin embargo tiene una buena resistencia. Su elasticidad significa que puede doblarse y retraerse.

- Resistencia a la fractura

Si se presiona el grafito con demasiada fuerza, se agrieta con facilidad. Su resistencia a la fractura es de 0,5 a 1,5 MPa-m¹/². Si no tienes cuidado, lo empujas y se agrieta rápidamente. En cuanto empieza una grieta, se extiende.

El grafito no soporta bien las grietas, por lo que los ingenieros tienen que tratarlo con cuidado. Es bueno bajo presión, pero se rompe si se tira de él o se le golpea demasiado fuerte. En términos de resistencia a la fractura, se sabe cuánto puede soportar un material un golpe antes de perder su forma.

Tabla de propiedades mecánicas y resistencia del grafito

Conductividad eléctrica del grafito

- Electrones libres

El grafito tiene electrones libres. Tres de los cuatro átomos de carbono tienen tres electrones que se enlazan. Un electrón se mueve libremente. Esto hace que se mueva la electricidad. Hay unos 6 x 10¹⁸ electrones libres en un cm³ de grafito. Van y vienen entre las capas. Por eso conduce la electricidad.

Eso lo hace útil, porque otros tipos de carbono no funcionan tan bien. Las propiedades del grafito lo diferencian del diamante. El grafito se puede utilizar en cosas eléctricas de movimiento rápido. Los electrodos de grafito utilizados en la siderurgia y la metalurgia son fabricados por Jinsun Carbon que fabrica electrodos de grafito de alta calidad.

- Estructura en capas

Hay muchas capas finas de grafito. Los átomos forman un hexágono. Se deslizan con facilidad. Fuerzas débiles, fuerzas de van der Waals, mantienen las capas. Las capas están separadas 3,35 Å.

Esto permite a los electrones pasar de una capa a otra. Cada capa presenta un fuerte enlace de 1,42 Å entre átomos de carbono. Las propiedades del grafito lo hacen blando y bueno para muchos usos. Ayuda a construir mejor la electricidad. Las estructuras en capas se utilizan en los electrodos de Jinsun Carbon para obtener el máximo rendimiento.

- Alta conductividad

El grafito es un buen conductor de la electricidad. En él se mueven libremente sus electrones π. Forman una nube de electrones que funciona mejor. Conduce hasta 10³ S/m. Se puede encontrar en baterías y en herramientas eléctricas.

De hecho, la conducción del grafito es mejor que la de la mayoría de los no metales. Los electrones no se pegan a ningún átomo y así funciona. Esto se puede ver incluso en herramientas cotidianas como lápices y pilas.

- Conducción anisótropa

En el grafito, la electricidad fluye de forma diferente en distintas direcciones. Es muy rápida a lo largo de las capas. Aquí tenemos una velocidad de la electricidad de 10⁵ S/m. Es más lenta entre las capas, donde los enlaces son más débiles.

Y eso es lo que hace que el grafito sea bueno cuando se necesita que la electricidad sea unidireccional, porque sólo puede fluir en una dirección. Esto es posible gracias a las capas. La mejor calidad de conducción anisotrópica para sus necesidades está garantizada por Jinsun Carbon.

- Electrones Π deslocalizados

Los electrones π se mueven por las capas del grafito. No se adhieren a un solo átomo. De hecho, la corriente se mueve bien a través del grafito. Los átomos en el grafito tienen esta forma llamada sp². Eso significa que hay un electrón libre. La electricidad puede pasar fácilmente a través de las capas de la nitrocelulosa.

Propiedades térmicas del grafito

- Alta conductividad térmica

La razón por la que el grafito es especial es que mueve el calor muy rápido. Es capaz de enviar calor entre 200 y 800 W/m-K. El calor viaja lejos en el grafito debido a las capas. Se utiliza en electrónica, donde las cosas pueden calentarse mucho, según los ingenieros. Pero algunos tipos de grafito pueden alcanzar los 1.700 W/m-K.

¡Eso es muy rápido! Estas propiedades son aprovechadas por piezas como los disipadores de calor para enfriar. Las propiedades del grafito lo hacen ideal para evacuar el calor de ordenadores y luces.

- Disipación del calor

El grafito está hecho para eliminar el calor. En ambientes calurosos se enfría muy rápido; no retiene el calor. Es ideal para máquinas como los ordenadores.

El grafito puede aceptar 700 W/m-K de calor. Ofrece una rápida propagación del calor lejos de los lugares calientes. Estas propiedades del grafito son importantes para evitar el sobrecalentamiento de las máquinas. Dispositivos como CPUs y LEDs que trabajan mucho pueden demostrarlo.

- Resistencia a la temperatura

Cuando pones grafito bajo el compresor supercaliente, se mantiene fuerte. Se funde a 3.600°C y lo resiste. Se utiliza en un entorno como un horno, o incluso en una nave espacial donde las cosas se calientan demasiado. Es ideal para trabajos muy duros, como en un horno o un cohete espacial. Tampoco se rompe cuando se enfría, así que sirve para muchos sitios.

- Expansión térmica

El grafito no cambia mucho de forma cuando se calienta. Apenas crece, sólo alrededor de 1-2 × 10-⁶/°C, y no se dobla ni se agrieta a altas temperaturas. Por eso es ideal para cosas como ordenadores, etc., que tienen que encajar con mucha precisión aunque se calienten por encima.

- Capacidad calorífica específica

No se necesita mucho calor para mantener el grafito. La capacidad calorífica específica es de 720 J/kg.K. Hay que bombearlo con mucha energía para que se caliente. El grafito se puede encontrar en cosas que almacenan calor, como las pilas.

Por eso el grafito se utiliza en máquinas de energía y metal. Almacena el calor sin calentarse tan rápidamente.

Tabla de propiedades térmicas del grafito

Propiedades estructurales y atómicas del grafito

- Entramado hexagonal

El carbono en el grafito es realmente diminuto. Tienen forma de hexágono. Son planos como hexágonos de papel. Su separación es de 3,35 Å. Los enlaces fuertes se llaman enlaces sigma que mantienen unidos a los átomos. Bajo un microscopio especial, se puede ver este patrón hexagonal. El grafito es un conductor eléctrico a través de sus capas.

Esta forma lo hace resbaladizo. Con grafito se hacen cosas, como lápices y máquinas. Es fuerte y flexible, pero nunca fuerte y rígido. Este diseño hexagonal es importante para las propiedades del grafito.

- Fuerzas an Der Waals

El grafito es lo suficientemente liso como para tocarlo. Pero estas capas pueden deslizarse debido a fuerzas débiles. Se llaman fuerzas de Van der Waals. Es un pegamento blando, y actúa como pegamento entre las capas.

Las capas están separadas 3,35 Å. Eso significa que estos enlaces débiles permiten grafito para actuar como lubricante. Al frotarlo, las capas se mueven. Por eso las propiedades del grafito lo hacen perfecto para los lápices. Su suavidad se debe a la importancia de las fuerzas de van der Waals.

- Estructura en capas

El grafito es una pila de papeles. Los papeles son, en realidad, capas de átomos de carbono. Se disponen en láminas planas. Estas capas se mantienen separadas porque existen fuerzas débiles entre ellas.

Sin embargo, se deslizan entre sí. Por eso el grafito no se rompe fácilmente. Es capaz de soportar un calor de hasta 3.000°C. También es útil para las fábricas, gracias a estas resistentes capas. Las capas no se funden e incluso se doblan. Las capas son importantes para la estructura y las industrias en las que se utiliza grafito.

- Hojas planas de carbono

El grafito está compuesto por finas capas planas. Se llaman láminas de carbono. Están separadas sólo 3,35 Å; no se ven, pero están. Así es como el grafito se hace fuerte.

Una vez que las carbonizan, lo convierten en un buen conductor del calor y la electricidad. Estas capas de carbono dan flexibilidad a la fabricación de grafito, y las fábricas lo utilizan. Estas capas también sirven para cosas como las baterías. El grafito es especial porque son láminas planas de carbono.

- Hibridación Sp²

Al igual que el grafeno, el grafito está formado por átomos de carbono que se enlazan en tres direcciones. Estos enlaces se denominan orbitales híbridos Sp². Son como brazos cogidos de la mano. Hay un electrón libre por átomo.

Cuando un electrón se mueve, puede ayudar a conducir la electricidad. Las capas son fuertes, pero fáciles de deslizar debido a estos enlaces. Por eso el grafito se utiliza en lápices y máquinas. Tanto la resistencia como el movimiento de las capas vienen determinados por este sistema de enlaces.

Aplicaciones basadas en las propiedades del grafeno!

- Crisoles

El grafito es fuerte. Puede durar en lugares muy calientes. El grafito se utiliza como material de crisol. Puede aguantar hasta 3.000°C de calor. En estos crisoles se puede fundir oro y plata. El propiedades del grafito ayudan a que los crisoles sean resistentes. No se rompen la primera vez que se enfrían.

Sin embargo, el grafito se prensa a 1.000°C. La densidad de estos crisoles es de 1,7 g/cm³. Pero no se dilatan mucho, a sólo 4,9 x 10-⁶/°C. Por eso duran más cuando se utilizan muchas veces.

- Materiales refractarios

El acero se fabrica con materiales refractarios. Estos materiales tienen grafito en su interior. Por ejemplo, trabajan en lugares muy calientes, hasta 2.500°C. Están en los hornos de fabricación de acero.

Las propiedades del grafito evitan que los materiales fundan el metal. Eso porque el metal se calienta mucho. Hay grafito 20% en el interior. Eso es un orden de magnitud, un tercio de 300 w/m-K. Las grietas también se detienen en el grafito. Esto evita que todo se abra y debilite las cosas durante mucho tiempo.

- Electrodos

Fuerte electrodos se fabrican con ayuda de grafito. Como 100.000 amperios, estos electrodos pueden contener una electricidad muy grande. Funcionan a 3.000°C o más.

El grafito tiene lo que se llaman capas especiales, que permiten que la electricidad se mueva con rapidez. Su densidad es de 1,55-1,60 g/cm³ en cada electrodo. Mantiene todo a salvo del calor y también las capas. En las grandes máquinas se utiliza grafito para fabricar acero. Las cosas pueden incluso calentarse mucho y sigue funcionando.

- Pilas

La energía se almacena en pilas. El grafito almacena energía de forma segura. Tiene unas pequeñas piezas llamadas ánodos, donde la pila guarda la energía. Tienen una capacidad energética de 372 mAh/g.

Sólo 1% (de grafito) crece al cargarse. El problema del grafito es que sólo funde a 3.550°C, pero es muy resistente. Sólo estos pequeños trozos de grafito, de 10-25 micras de tamaño. Impiden que la energía fluya sin problemas en la batería.

- Cierres mecánicos

Los cierres mecánicos detienen las fugas. Las juntas de grafito son resistentes y no se desgastan, por eso se utilizan. Incluso a 2.500°C, pueden hacer su trabajo. Es duro, 2,2 g/cm³, un sello, contra los productos químicos. El sello es resbaladizo hecho de grafito por lo que no requiere aceite. Esto mantiene la máquina funcionando mucho tiempo sin que la máquina se caiga.

Conclusión

El grafito es útil. Incluso en caliente, se mantiene fuerte. Las propiedades del grafito lo ayudan a funcionar en máquinas. Está en las pilas y otras cosas. Infórmate sobre el grafito. Más información en JINSUNCARBON ahora mismo.