石墨

石墨
基本資料
類別 自然元素礦物
化學式 C
施特龍茨分類 01.CB.05a
晶體空間群 復六方雙錐晶族
赫爾曼–莫甘記號:(6/m 2/m 2/m)
空間群:P 63/mmc
晶胞 a = 2.461 Å,c = 6.708 Å;Z = 4
性質
分子量 12.01
顏色 灰至黑色
晶體慣態 板狀、六方薄板狀、粒狀
晶系 六方晶系三方晶系
解理 {0001} 完全解理
斷口 參差狀
韌性/脆性 具彎性
莫氏硬度 1 - 2
光澤 金屬或土狀光澤
條痕 光亮的黑色
透明性 不透明
密度 2.09–2.23g/cm³
折射率 不透明體
多色性
其他特徵 耐強酸鹼、耐火、良好導電性與導熱性

石墨(Graphite),又稱黑鉛(Black Lead),是的一種同素異形體(碳的其他同素異形體有很多,為人熟悉的例如鑽石)。作為最軟的礦物之一,石墨不透明且觸感油膩,顏色由鐵黑到鋼鐵灰不等,形狀可呈晶體狀、薄片狀、鱗狀、條紋狀、層狀體,或散佈在變質岩(由、碳質岩石或碳質沉積物,受到區域變質作用或是岩漿侵入作用形成)之中。化學性質不活潑,具有耐腐蝕性

結構

(雙層)石墨的旋轉視圖。
石墨層狀結構側視圖。
石墨層狀結構上視圖

石墨具有層狀的平面結構,結構如左圖所示。每層中碳原子都排列成蜂窩狀晶體結構,層內原子間距0.142nm,層間距0.335nm。層內每個碳原子的週邊以共價鍵連結著另外三個碳原子,排列方式呈蜂巢式的多個六邊形,每層間有微弱的范德華力。由於每個碳原子均會放出一個電子,那些電子能夠自由移動,因此石墨屬於導電體。

用途

由於石墨的疊層結構易剝落,可於紙上書寫。

它的用途包括製造鉛筆筆芯和潤滑劑或集電弓上的碳刷條,也可作為壓力管式石墨慢化沸水反應爐的中子減速劑。

目前主要用途是耐火材料的原材料,尤其是鎂碳磚。自然界自然形成的石墨可分為鱗片石墨和土狀石墨。

因晶體結構中存在大量離域電子,石墨可以導電,其與晶體層平行的方向電阻率為(2.5~5.0)×10-6Ω·m,與層垂直的方向電阻率為3×10-3Ω·m。[2]

電解中的惰性電極可以由製作,但由於會受鹵素侵蝕,所以在會產生鹵素(例如:電解食鹽鹽水)的電解時使用石墨替代鉑,作為惰性電極。

核石墨

熔鹽反應爐實驗中用到的石墨堆芯

核石墨指可用於核反應爐的石墨,作為中子減速劑中子反射體。核反應爐可採用任何品級的石墨。石墨耐高溫、純度高,是迄今為止核反應爐中極為重要的原材料。核石墨也用於文德爾施泰因7-X核融合反應爐。

存在形式

碳的存在形式是多種多樣的,有晶態單質碳如金剛石俗稱鑽石、石墨;有無定形碳如;有複雜的有機化合物如動植物等;碳酸鹽大理石等。單質碳的物理和化學性質取決於它的晶體結構。高硬度的金剛石(鑽石)和柔軟滑膩的石墨晶體結構不同,各有各的外觀、密度、熔點等。

參看

參考

  1. ^ 石墨 (礦物) graphite. 藝術與建築索引典. [2010-11-04]. (原始內容存檔於2011-12-17). 
  2. ^ Hugh O. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes: properties, processing, and applications, p. 61, William Andrew, 1993 ISBN 0-8155-1339-9.

外部連結


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