Карта сайта

Свойства вещества:

графит

Синонимы и иностранные названия:

Тип вещества:

Внешний вид:

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 (по системе Хилла для органических веществ):

Формула в виде текста:

Молекулярная масса (в а.е.м.): 12,011

Температура возгонки (сублимации) (в °C):

Растворимость (в г/100 г растворителя или характеристика):

Плотность:

Описание строения молекул и кристаллов вещества:

Кристаллическая решетка графита гексагональная (а = 0,24612 нм, с = 0,67079 нм, z = 4, пространственная группа С6/mmc, теоретическая плотность 2,267 г/см3). Состоит из параллельных слоев (базисных плоскостей), образованных правильными шестиугольниками из атомов углерода. Углеродные атомы каждого слоя расположены против центров шестиугольников, находящихся в соседних слоях (нижнем и верхнем); положение слоев повторяется через один, а каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм.

Известна также модификация с ромбоэдрической решеткой (а = 0,3635 нм, α = 39,49°, z = 4, пространств, группа R3m). Положение плоских слоев в ее структуре повторяется не через один слой, как в гексагонональной модификации, а через два.

В природном графите содержание ромбоэдрической структуры доходит до 30%, в искусственно полученных графитах наблюдается только гексагональная. При 2230-3030 °С ромбоэдрический графит полиостью переходит в гексагональный.

Внутри слоя связи между атомами ковалентные, образованы sp2-гибридными орбиталями. Взаимодействие между слоями осуществляются ван-дер-ваальсовыми силами. Для природного (цейлонского) графита межслоевое расстояние при нормальных условиях 0,3354 нм. Энергия связи между слоями гексагононального графита составляет 16,75 Дж/моль (15°С), 15,1 Дж/моль (—134,15°С). Энергия связи С—С в слое 167,6 Дж/моль (1118°С).

Некоторые числовые свойства вещества:

Реакции вещества:

1. При нагревании с избытком жидкого или парообразного калия образует продукт включения графит - калий (8/1). Аналогично реагируют рубидий и цезий. [Лит.]
   8C + K → C₈K
   
2. Реагирует со фтором при 420 С с образованием (CF)n. [Лит.]
3. При нагревании с избытком жидкого или парообразного брома образует продукт включения графит - бром (8/1). [Лит.]
4. При нагревании с хлоратом калия и смесью серной и азотной кислот образует так называемую графитовую кислоту - кислородсодержащий продукт сложного состава, который при быстром нагревании распадается до оксидов углерода и сажи. [Лит.]
5. Окисляется смесью иодной и хорной кислот. [Лит.]
6. С большинством металлов дает карбиды. [Лит.]
7. С водородом при 300-1000 С дает метан. [Лит.]
8. Окисляется воздухом до углекислого газа выше 400 С. [Лит.]
9. При высоких температурах (выше 1500°С) и давлениях (выше 4 ГПа) превращается в алмаз. Процесс ускоряется в присутствии расплавленных металлов (Cr, Fe, Ni) и неметаллов (красный фосфор). Получаемые таким образом алмазы часто имеют черный цвет. При выращивании алмаза из растворов углерода в расплавленных карбонатах щелочноземельных металлов, при высоких температурах и давлении удается получать прозрачные алмазы сантиметровых размеров. [Лит.]
10. Реагирует с концентрированной серной кислотой в присутствии окислителей (оксид хрома(VI) или азотная кислота) с образованием тетракосагидрата гидросульфата графита C₂₄HSO₄ · 24H₂O. [Лит.]
11. Хлорид золота(III) с графитом дает прочное соединение включения. [Лит.1]
12. Ацетилен можно получать в электрической дуге между графитовыми электродами в атмосфере водорода. Выход 8%. [Лит.1]
    2C + H₂ → C₂H₂
    
13. Калий при 300 С поглощается графитом с образованием соединения включения калий - графит (1/8). [Лит.1]
    K + 8C → KC₈
    
14. Калий при 360 С поглощается графитом с образованием соединения включения калий - графит (1/16). [Лит.1]
    K + 16C → KC₁₆
    

Реакции, в которых вещество не участвует:

1. Иод не образует соединений включения с графитом. [Лит.]
   

Периоды полураспада:

Давление паров (в мм рт.ст.):

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль):

Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль):

Стандартная энтропия вещества S (298 К, Дж/(моль·K)):

Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/(моль·K)):

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль):

Стандартная энтропия вещества S (298 К, Дж/(моль·K)):

Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/(моль·K)):

Некоторые нечисловые свойства вещества:

Природные и антропогенные источники:

Содержание элемента углерода в земной коре 0,14%.

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::

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.

Этимология названия:

От греческого "графо" - пишу.

Применение вещества:

• для изготовления карандашей (с добавкой глины для регулировки твердости) [Лит.]
  
• для изготовления плавильных тиглей [Лит.]
  
• для изготовления сопел ракетных двигателей [Лит.]
  
• для изготовления электродов [Лит.]
  
• для смазки литейных форм [Лит.]
  
• замедлитель нейтронов в ядерных реакторах [Лит.]
  
• как огнестойкая черная краска [Лит.]
  
• наполнитель для пластмасс [Лит.]
  
• смазочный материал [Лит.]
  

Дополнительная информация:

Под вакуумом смазочные свойства графита исчезают.

При давлении 0,01 мм рт.ст. дает с сульфидом марганца(II) азеотроп с температурой кипения 1375 С.

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)
   
10. Химическая энциклопедия. - Т. 1. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - С. 607-608
    

• Отправить пожелания для базы данных (анонимно).