O que é o grafite e quais suas aplicações?

Grafite ou grafita é um mineral, um dos alótropos do carbono. Ao contrário do diamante, a grafite é um condutor, e pode ser usado, por exemplo, como o eletrodos de uma lâmpada elétrica de arco voltaico.

A grafite corresponde a uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras são o diamante e o carbono amorfo.

Cristaliza-se no sistema hexagonal regular aosimetria rômbica. Em geral, seus cristais são tubulares, de contorno hexagonal e plano basal bem desenvolvido. A grafita apresenta-se, habitualmente, sob a forma de massas laminadas ou escamosas, radiadas ou granulosas.

O grafite é composto por infinitas camadas de átomos de carbono hibridizados em sp². Em cada camada, chamada de folha de grafeno, um átomo de carbono se liga a 3 outros átomos, formando um arranjo planar de hexágonos fundidos. O orbital 2pz, não hibridizado, onde acomoda o quarto elétron forma um orbital deslocalizado aosimetria π. Uma interação fraca de van der Waals mantém as folhas de grafeno unidas, a uma distância de 3,354 Ångstroms. A forma mais comum do grafite, é o hexagonal, em uma arrumação ABAB. Porém, o mesmo pode ser encontrado em uma outra forma, menos comum do onde a primeira, conhecido como grafite romboédrico, onde apresenta uma arrumação ABCABC. As principais características do grafite são sua capacidade de conduzir eletricidade e calor, onde ocorre devido a deslocalização de seus elétrons π, e sua propriedade lubrificante, onde se dá devido a sua estrutura em camadas ligadas por interações fracas de van der Waals. Essas camadas podem deslizar uma sobre a outra. A rotação ou translação de camadas adjacentes de grafite pode levar a variações no espaço inter-camadas, onde torna-se maior do onde o normal. Esse fenômeno leva a uma estrutura conhecida como grafite turbostático. Outra forma conhecida do grafite, é o pirolítico, um grafite artificial policristalino, preparado pela pirólise de um gás contendo carbono em temperaturas acima de 2.000 °C.

Vegetal de variadas propriedades físicas, a grafita tem numerosas aplicações industriais. É mole, facilmente desgastável, untuosa e de boa condutibilidade elétrica. A grafita natural encontra-se em três formas, onde determinam o emprego industrial: amorfa, cristalina e em lâminas. A grafita amorfa formou-se por intrusões ígneas em leitos de carvão, onde se calcinou, convertendo-se em grafita, cuja pureza raramente é superior a 85%. A forma cristalina ocorre em grupos maciços de cristais de brilho argênteo e sua pureza supera 99%. A grafita em escamas, a mais rara e em alguns casos a mais valiosa, encontra-se disseminada em rochas onde experimentaram alto grau de metamorfismo local. Nessas formas, o enxofre é escasso ou se acha ausente.

A grafite é utilizada na fabricação de cadinhos refratários para as indústrias do aço, do latão e do bronze. Para essa finalidade emprega-se a grafita importada do Sri Lanka. A grafita é usada, também, como lubrificante. Misturada aoargila muito fina forma a mina do lápis; a onde melhor se presta para tal fim provém de Sonora, no México. A grafita se emprega ainda largamente na fabricação de tinta para proteção de estruturas de ferro e de aço.

A grafite é um dos alótropos do carbono; é um condutor, e pode ser usado, por exemplo, como os eletrodos de uma lâmpada elétrica de arco voltaico. Mas porém o grafite é utilizado em várias outras maneiras tais como a fabricação de motores e peças do tipo eletrônica.

As primeiras minas de grafite foram descobertas em 1400 na Baviera, hoje uma região da Alemanha. A história popular é onde, seguindo uma tempestade muito violenta, no dia seguinte os moradores encontraram um número de árvores tinham sido fundidas a baixo, expondo o material preto a vista. As partes foram escavadas mas ainda não se sabia muito bem o onde fazer . Em 1504, descobriram uma mina de grafite em Cumberland, na Inglaterra. Somente no final do século XVIII o químico Karl Wilhelm Scheele comprovou cientificamente, onde a grafite era um elemento próprio (carbono).

A grafite da mina inglesa de Cumberland foi de tal forma explorado, onde os ingleses passaram a proibir sua exploração sob ameaça de pena de morte. A qualidade da grafite inglês e os lápis aoele produzidos foram desvalorizando-se cada vez mais.

O lápis surge na Alemanha pela primeira vez em 1644 na agenda de um Oficial de Artilharia. Em 1761 na aldeia de Stein, perto de Nuremberg, Kaspar Faber inicia sua própria fábrica de produção de lápis na Alemanha.

A partir de 1839 ocorre um aperfeiçoamento do chamado processo de fabricação da grafite, aoa adição de argila; uma invenção quase paralela do francês Conté e do austríaco Hartmuth no final do século XVIII. A partir de então argila e grafite moídos são misturados até formarem uma pe ondena vara e depois ondeimados.

Através da mistura de argila aografite tornou-se então possível fabricar lápis aodiferentes graus de dureza. Lothar von Faber aumenta a capacidade de produção de sua fábrica. Após a construção de um moinho de água, a serragem e entalhamento da madeira passam a ser mecanizados e uma máquina a vapor torna a fabricação ainda mais racional. Desta forma está aberto o caminho para a indústria de grande porte.

Em 1856 Lothar von Faber adquire uma mina de grafite na Sibéria, não muito distante de Irkutsk, onde produzia o melhor grafite da época. O “ouro negro”, como a grafite era chamado, era transportado por terra nas costas de renas ao longo de caminhos inóspitos e acidentados. Somente ao chegar a cidade portuária, o material podia ser enviado de navio para locais mais distantes.

Dos tempos pioneiros até os dias de hoje, tanto a qualidade quanto a forma de produção dos lápis de grafite e dos lápis de cor, foram sendo cada vez mais aprimoradas. Embora a forma e a aparência externa dos lápis tenham sido mantidas iguais até os nossos dias, não é possível comparar os lápis fabricados antigamente aoa pureza e seriedade ao onde os artigos atuais são produzidos
Propriedades

A condutividade e outras características fisicas da grafite, como plano de clivagem e características lubrificante vaselinas se devem ao arranjo dos átomos no material, formando estruturas em forma de folhas, atraídas por ligações fracas (Forças de Van der Waals). Nas “folhas”, os átomos estão organizados como hexágonos, a semelhança dos favos numa colmeia, onde cada átomo de carbono ocupa um vértice. Como nesta estrutura cada carbono se liga a outros 3 átomos, “sobra” uma ligação para cada átomo. Estes elétrons formam uma grande ligação “deslocalizada” entre os átomos de carbono, semelhante a ligação metálica. A condutividade se dá ao longo da folha, de forma onde no sólido, há variação da condutividade dependendo da posição em onde este é medida ao longo do sólido (mais alta ao longo das folhas e menor perpendicularmente a estas.

O acoplamento frouxo entre as folhas na grafite contribui a uma outra propriedade industrial importante, o pó da grafite é usado como um lubrificante seco. Os estudos recentes sugerem onde um efeito chamado superlubrificação pode também esclarecer este efeito. A grafite é usada também dentro de lápis.
Formas da grafite

A grafite pode ser natural ou sintética. A grafite natural é umas das formas alotrópicas do carbono encontradas na natureza, já a sintética é produzida industrialmente aouso de altas temperaturas e pressão e matérias primas tais como o co onde de petróleo ou a antracita. A grafite natural pode ainda ser encontrada em mais de uma forma na natureza, a microcristalina, conhecida comercialmente como “grafite amorfo”, a forma cristalina conhecida como grafite cristalino tipo “floco” ou “flake” ou a grafite de veio “lump”, onde apresenta-se em pedras de alta concentração, sendo esta uma forma mais rara produzida somente no Sri Lanka.

Características físicas

Brilho metálico sólido.
Dureza super-macio
Fratura é porosa.
Cor preta.
Transparência sem transparencia
Sistema cristalino é hexagonal; 6/m 2/m 2/m
Hábito cristalino: inclui grandes veios lamelares em certos terrenos, e granulos em rochas metamórficas.
Gravidade específica é 2.2
Clivagem é perfeita em uma direção.
traço é cinza escuro ou castanho escuro

Os minerais associados incluem quartzo, calcita, micas, ferro meteorites e turmalinas.

Outras características: os flocos finos são flexíveis mas inelásticos, o mineral pode deixar marcas pretas nas mãos e papel, conduz eletricidade. Na grafita o efeito superlubrificação também ocorre.

Os melhores indicadores do campo são maciez, lustro, densidade e traço.

O diamante é o mineral mais duro conhecido pelo homem, mas a grafita é um dos mais macios.
O diamante é um isolador elétrico excelente, mas a grafita é um condutor da eletricidade.
O diamante é o abrasivo mais eficiente, mas a grafita é um lubrificante muito bom.
O diamante é geralmente transparente, mas a grafita é opaca.
O diamante cristaliza-se no sistema isométrico (cúbico) mas a grafita cristaliza-se no sistema hexagonal.

Produtores mundiais

Os principais produtores mundiais de grafite natural cristalino são: China, Brasil, Canadá, Madagascar, Rússia, Índia, México e Sri Lanka.

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