Qual è la formula chimica della grafite?

La grafite e la sua formula chimica

La grafite, come il diamante e i nanotubi di carbonio, è un allotropo del carbonio. La formula chimica della grafite (simbolo ) è C. Il C si trova nel gruppo 14 della tavola periodica. Comprende una struttura a strati di atomi di carbonio con una struttura a rete planare esagonale ed è un minerale non metallico. Questi strati possono facilmente scivolare l'uno sull'altro, rendendo la grafite altamente lubrificata.

La grafite presenta due forme di impacchettamento: una è un sistema cristallino esagonalee l'altro è un sistema cristallino ortorombico. Il sistema cristallino ortorombico rappresenta 20%-30% di grafite naturalee diventerà un sistema cristallino esagonale dopo essere stato trattato a una temperatura elevata di 3000 gradi Celsius. Gli scienziati ritengono che non esistano cristalli sostanzialmente grafitici con una struttura ideale.

Proprietà fisiche della grafite

Il colore della grafite è grigio scuro e il materiale è fine, morbido e untuoso. La durezza è di 1-2 e il peso specifico è di 1,9-2,3. In condizioni di isolamento dell'ossigeno, il suo punto di fusione è superiore a 3000 gradi Celsius, uno dei minerali più resistenti alla temperatura.

Inoltre, la sua struttura a strati determina proprietà fisiche uniche. Le deboli forze di van der Waals tengono uniti gli strati di carbonio, consentendo loro di scivolare facilmente l'uno sull'altro. Questa caratteristica rende la grafite un efficace lubrificante. Inoltre, ha anche un elevato punto di fusione e una buona stabilità termica grazie ai forti legami covalenti all'interno dello strato di carbonio.

Conducibilità elettrica e termica

La conducibilità elettrica della grafite deriva dalla sua particolare struttura cristallina. Composta da strati esagonali, ogni atomo di carbonio della grafite è legato covalentemente ad altri tre. Il quarto elettrone del guscio esterno di ogni atomo di carbonio è libero di muoversi lungo gli strati, formando un "mare" di elettroni delocalizzati. Questi elettroni sono parte integrante dell'elevata conduttività elettrica della grafite, che consente un'efficace trasmissione dell'elettricità con l'applicazione di una tensione.

Allo stesso modo, la sua struttura unica è responsabile della sua notevole conducibilità termica. La stratificazione sistematica ed esagonale degli atomi di carbonio facilita un efficace trasferimento di energia termica attraverso le vibrazioni di questi atomi. Questo fenomeno, la conduzione fonetica, è responsabile delle sue eccellenti proprietà di conduzione termica.

In particolare, la conducibilità termica della grafite è anisotropa, ovvero varia in base alla direzione del flusso di calore. Presenta un'elevata conducibilità termica parallelamente agli strati, grazie agli atomi di carbonio strettamente impacchettati e all'efficiente conduzione fonetica. Al contrario, la conducibilità termica è relativamente bassa perpendicolarmente agli strati, a causa della maggiore distanza tra gli strati e delle minori interazioni atomiche.

Usi della grafite

Dalle matite alle batterie

La vasta gamma di applicazioni della grafite può essere ricondotta alla sua struttura chimica. Agisce come un lubrificante, quindi si può usare per fare una matita: lo strato di carbonio scivola sulla carta, lasciando una scia di segni di carbonio (segni di matita). In elettronica, la sua conduttività lo porta ad essere utilizzato in batterie e come elettrodi.

Usi industriali e tecnologici di alto livello

La stabilità alle alte temperature e la resistenza alla corrosione della grafite le hanno permesso di trovare un impiego speciale in applicazioni industriali, come ad esempio elettrodi di grafite per la produzione di acciaio e la fusione di altri metalli o leghe.

Quando la grafite viene utilizzata come elettrodo, ne esistono tre tipi: Elettrodi di grafite RP, HP e UHP. Le acciaierie possono utilizzarli nei forni elettrici ad arco, nei forni di affinazione in siviera e nei forni ad arco sommerso per la produzione di acciaio.

In tecnologia, è possibile utilizzarlo in dissipatori di calore per dissipare il calore da componenti elettronici. Anche nel campo dell'energia nucleare, viene utilizzato come moderatore di neutroni in alcuni tipi di reattori nucleari.

In conclusione

La grafite è una forma unica di carbonio, la cui formula chimica, C, indica la sua composizione: ogni atomo di carbonio è legato ad altri tre in una struttura reticolare esagonale. Questa disposizione conferisce alla grafite proprietà eccezionali, come la lubrificazione, la conducibilità elettrica e la stabilità termica.

Conoscere la formula chimica della grafite aiuta a comprenderne la struttura molecolare e ne evidenzia l'importanza in metallurgiaL'industria chimica, l'elettronica, l'accumulo di energia e altri settori industriali. Approfondendo la formula della grafite di carbonio, si può comprendere meglio questa straordinaria sostanza e le sue molteplici applicazioni.