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)。作为最軟的礦物之一,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[1]。化學性質不活潑,具有耐腐蝕性

石墨
基本資料
類別自然元素礦物
化学式C
施特龙茨分类01.CB.05a
晶体空间群复六方双锥晶族
赫尔曼–莫甘记号:(6/m 2/m 2/m)
空间群: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
晶体惯态板狀、六方薄板狀、粒狀
晶系六方晶系三方晶系
解理{0001} 完全解理
断口參差狀
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

结构 编辑

 
(双层)石墨的旋转视图。
 
石墨層狀結構側視圖。
 
石墨層狀結構上視圖

石墨具有层状的平面结构,结构如左图所示。每层中碳原子都排列成蜂窝状晶体结构,层内原子间距0.142nm,层间距0.335nm。层内每個碳原子的週邊以共价键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 编辑

 
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,尤其是镁碳砖。自然界自然形成的石墨可分为鳞片石墨和土状石墨。

因晶体结构中存在大量离域电子,石墨可以导电,其与晶体层平行的方向电阻率为(2.5~5.0)×10-6Ω·m,与层垂直的方向电阻率为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 编辑

 
熔盐反应堆实验英语Molten-Salt Reactor Experiment中用到的石墨堆芯

核石墨指可用于核反应堆的石墨,作为中子减速剂中子反射体。核反应堆可采用任何品级的石墨。石墨耐高温、纯度高,是迄今为止核反应堆中极为重要的原材料。核石墨也用于文德尔施泰因7-X核聚变反应堆。

存在形式 编辑

碳的存在形式是多种多样的,有晶态单质碳如金刚石俗稱鑽石、石墨;有无定形碳如;有复杂的有机化合物如动植物等;碳酸盐大理石等。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石(鑽石)和柔软滑腻的石墨晶体结构不同,各有各的外观、密度、熔点等。

參看 编辑

參考 编辑

  1. ^ 石墨 (礦物) graphite. 藝術與建築索引典. [2010-11-04]. (原始内容存档于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 编辑