Estructura:
Estructura atómica del grafito.
En el grafito los átomos de carbono presentan hibridación sp2, esto significa que forma tres enlaces covalentes en el mismo plano a un ángulo de 120º (estructura hexagonal) y que un orbital Π perpendicular a ese plano quede libre (estos orbitales deslocalizados son fundamentales para definir el comportamiento eléctrico del grafito) . El enlace covalente entre los átomos de una capa es extremadamente fuerte, sin embargo las uniones entre las diferentes capas se realizan por fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales Π, y son mucho más débiles.
Esta estructura laminar hace que el grafito sea un material marcadamente anisótropo.
Propiedades:
Es de color negro con brillo metálico, refractario y se exfolia con facilidad. En la dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportándose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportándose como un conductor semimetálico.
El grafito natural
comenzó a explotarse en torno al año 1564 cuando se descubrió la primera mina de este material desconocido por aquel entonces, por lo cual fue denominado plombagina, ya que presentaba un color gris parecido al del plomo y al igual que este dejaba marcas cuando se pasaba por una superficie. En la actualidad las reservas de grafito natural son relativamente abundantes y su extracción no plantea grandes problemas. El grafito natural es policristalino, es decir, está constituido por agregados cristalinos, pudiendo variar considerablemente la forma y tamaño de estos agregados de unos grafitos a otros. Las propiedades del grafito dependen en gran medida de las imperfecciones que presente su estructura, las cuales son relativamente frecuentes en el grafito natural. Además el grafito natural presenta impurezas que limitan sus aplicaciones, por lo que es necesario llevar a cabo un proceso de purificación como paso previo a su utilización
El gr
afito sintético es un material constituido por carbón grafítico. Fue preparado por primera vez a principios del siglo XX, lo que contribuyó notablemente a ampliar el campo de aplicaciones del grafito. En 1893 Edward Goodrich Acheson patentó un método para fabricar un abrasivo industrial a partir de arcilla y carbón calentados conjuntamente en un horno eléctrico a temperaturas entre 1600-2500ºC. El material resultante, carburo de silicio (SiC), recibió en nombre comercial de carborundum. El carborundum resultó ser un abrasivo solo superado por el diamante. Con posterioridad, a mediados de 1890s, Acheson descubrió que calentando el carborundum a temperaturas muy elevadas se podía eliminar el silicio obteniendo un grafito sintético prácticamente puro, el cual es denominado grafito Acheson. El método de Acheson consiste, en esencia, en someter a elevadas temperaturas, en un horno eléctrico una mezcla de coque y siílice. En las partes menos calientes del horno (a unos 2.000° C) se produce una reacción entre el C y el Si para dar lugar a la formación de carburo de silicio, el cual, al pasar a otras zonas del horno de temperatura más elevada (superior a los 2.500°), se descompone, liberando el Si y dejando el C en forma de grafito. El silicio, al liberarse, lo hace en estado gaseoso, condensándose de nuevo en las zonas menos calientes. Allí se encuentra con el coque, con el que reacciona de nuevo para dar lugar a la formación de nuevas cantidades de carburo de silicio. El silicio se comporta, en cierto modo, como catalizador de la reacción de transformación del carbono de coque en grafito.
El grafito es una Forma alotropica de l carbono Esta constituido por láminas planas de átomos de carbono que forman un sistema de anillos condensados. Las láminas están ordenadas en forma hexagonal y paralelas entre sí. Hay dos formas alotrópicas con diferentes secuencias de apilamiento: hexagonal y romboédrico. En cada lámina, cada átomo de carbono está unido a otros tres por medio de enlaces covalentes formando una serie continua de hexágonos. En el grafito hexagonal, la distancia entre los planos es de 0.3354, más del doble de la distancia del enlace C-C en los planos basales. Esto indica que la interacción entre láminas aromáticas es débil. Se asume que las láminas están unidas mediante enlaces de van der Waals e interacciones p-p, formando una red cristalina tridimensional. Debido a esto, el grafito posee un alto grado de anisotropía, de modo que sus propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas varían notablemente dependiendo de la dirección en la cual se haga la medida. Así, en lo que respecta a sus propiedades mecánicas, las láminas pueden deslizar fácilmente unas sobre otras, lo que confiere al grafito un carácter untoso al tacto que es la base de sus aplicaciones como lubricante; sin embargo presenta una gran resistencia en la dirección perpendicular a los planos basales. Con respecto a la conductividad eléctrica, el grafito se comporta como un semiconductor en la dirección normal al plano basal, mientras que en la dirección de los planos su comportamiento se corresponde con el de un conductor semimetálico. El grafito es uno de los materiales químicamente más inerte, resistiendo a la mayoría de los álcalis, ácidos y gases corrosivos. La reactividad del grafito aumenta con la temperatura reaccionando con el oxígeno a temperaturas por encima de 300-400 ºC.
