Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Опубликуйте свой материал в официальном Печатном сборнике методических разработок проекта «Инфоурок»

(с присвоением ISBN)

Выберите любой материал на Вашем учительском сайте или загрузите новый

Оформите заявку на публикацию в сборник(займет не более 3 минут)

+

Получите свой экземпляр сборника и свидетельство о публикации в нем

Инфоурок / Математика / Другие методич. материалы / Публицистическая статья « Графит. Кристаллическое строение и применение»
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Математика

Публицистическая статья « Графит. Кристаллическое строение и применение»

библиотека
материалов

Статья : « Графит. Кристаллическое строение и применение».


Выполнила преподаватель высшей квалификационной категории ГОУ СПО « Кемеровский профессионально – технический техникум»

Тюнина Надежда Яковлевна.


Графит. Углерод является одним из первых химических элементов, который известен человеку. С незапапятных времён человек использовал уголь и сажу. В древности графит считали одним из минералов свинца, возможно из-за того, что, подобно свинцу, он оставляет на бумаге след. В 18 веке К.В. Шееле доказал, что графит представляет собой “особый минеральный уголь”. Родственные отношения между алмазом и графитом были подробно изучены коллегой Лавуазье французским химиком Луи Бернаром Гитоном де Морво: при осторожном нагревании алмаза без доступа воздуха он получил порошок графита.

Графи́т (от др.-греч. γράφω — пишу) — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Слои кристаллической решётки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический). Слои слабоволнистые, почти плоские, состоят из шестиугольных слоёв атомов углерода. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые. Образует листоватые и округлые радиально-лучистые агрегаты, реже — агрегаты концентрически-зонального строения. У крупнокристаллических выделений часто треугольная штриховка на плоскостях.

Кристаллическая структура. Кристаллическая решетка графита (рис.1) гексагональная (а = 0,24612 нм, с = 0,67079 нм, z = 4, пространственная группа C6/mmc, теоретическая плотность 2,267 г/см3). Состоит из параллельных слоев (базисных плоскостей), образованных правильными шестиугольниками из атомов С. 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.

hello_html_m2c778e62.jpg

Рис. 1. Кристаллическая решетка графита (природного цейлонского). А, В углеродные слои; пунктирными линиями показана элементарная кристаллическая ячейка.


Известна также модификация с ромбоэдрической решеткой (а = 0,3635 нм, = 39,49°, z = 4, пространственная группа R3m). Положение плоских слоев в ее структуре повторяется не через один слой, как в гексагональной модификации, а через два. В природном графите содержание ромбоэдрической структуры доходит до 30%, в искусственно полученных графитах наблюдается только гексагональная. При 2230-3030oС ромбоэдрич. графит полностью переходит в гексагональный.

Внутри слоя связи между атомами ковалентные, образованы 5р2-гибридными орбиталями. Взаимодействие между слоями осуществляются ван-дер-ваальсовыми силами. Для природного (цейлонского) графит межслоевое расстояние при нормальных условиях 0,3354 нм. Энергия связи между слоями гексагонального графит 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).

В кристаллической решетке графита могут наблюдаться вздутия, искривления углеродных сеток и дефекты тонкого строения. В результате коагуляции вакансий могут образоваться микро-полости диаметром до 3 мкм. Объединение отдельных участков этих дефектов приводит к возникновению краевых дислокаций. а также дислокационных петель величиной 0,1-1,0 мкм. Концентрация вакансий в графите увеличивается при его нагревании, например при 3650°С она достигает 0,5 атомных %. Дефекты могут возникать и при внедрении в решетку как углеродных атомов, так и гетеро-атомов.

Физические свойства:

а) цвет: от серо-стального до железо - черного

б) твёрдость: 1

в) плотность: 2,1 - 2,3

г) степень прозрачности: непрозрачен.

Использование графита основано на ряде его уникальных свойств.

  • для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов;

  • для электродов, нагревательных элементов — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов);

  • для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:

  1. Хорошая электропроводность, и как следствие — его пригодность для изготовления электрода.

  2. Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде — это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.

  • твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках

  • компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином)

  • как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеев.


Отдельно надо сказать о материалах из углеродного волокна. Такие материалы используются в автомобилестроении уже много лет, и с каждым годом объем их применения растет. Наиболее важное достоинство угле-волокна — необычайно легкий вес и высокая прочность. Углепластик в 5 раз легче стали и в 1,8 раза легче алюминия.

Углепластик имеет невероятные свойства. По прочности он карбон превосходит сталь (черный металлопрокат) в 12,5 раз. Когда мы говорим «карбон», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-карав. Однако сейчас нет кузовной детали, которая не могла бы быть сделана из карбона — не только капоты, но и крылья, бампера, двери и крыши… Факт экономии веса очевиден. Средний выигрыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих главным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят безумно стильно!


3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

  1. Солнцев, Ю.П. Материаловедение [Текст]: учебник для учрежд.сред.проф.образ. / Ю.П.Солнцев, С.А.Вологжанина . – М.:ИЦ «Академия», 2009 . – 496с. – [Допущено МО РФ]

  2. Стуканов,В.А. Материаловедение [Текст]: учебное пособие для учрежд.сред.проф.образ. / В.А.Стуканов . – М.:Форум, 2011 . – 368с. – [Допущено МО РФ]


Дополнительные источники:

  1. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционных материалов [Текст]: учебное пособие для машиностроительных техникумов. - М.Машиностроение, 2008 -251 с.

  2. Материаловедение [Электронный ресурс] : Ч. 1. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» , 2006. - 1 CD-ROM-диск, 12 см.

  3. Моряков, О.С. Материаловедение (по техническим специальностям) [Текст]:учебник для образ. учрежд. сред. проф. образ. / О.С.Моряков. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 240 с. – [Рекомендовано ФГУ «ФИРО»]

  4. Никифоров, В.М. Технология металлов и других конструкционных материалов [Текст]: учебник для учащ. техникумов, лицеев, студ. вузов, инженеров и техников всех технических специальностей. – В.М. Никифоров. – 10-е изд,- СПб,:Политехника,2010. - 382 с.

  5. Топливно-энергетический комплекс в регионах Сибирского федерального округа [Электронный ресурс]: статистический сборник / Росстат, Территор. орган Федер. службы гос. статистики по Иркут. обл. – Иркутск : Иркутскстат, 2006. – 1 CD-ROM-диск, 12 см.


Периодические издания (отечественные журналы)

  1. Мастер - автомеханик [Текст] / Учредитель МАДИ (ГТУ). - . - М.: МАДИ (ГТУ),2008. – Ежемес. htpp://avtomeh.panor.ru/

  2. Новости авторемонта [Текст] / учредитель ООО «АвтоИнформ Медиа». – М. : АвтоИнформ Медиа, 2006. - Ежемес. http://www.auto-infosite.ru/

  3. Профессиональное образование. Столица [Текст] : информационно-педагогическое, научно-методическое издание / учредители Департамент образования города Москвы; Российская академия образования; Академия профессионального образования. – 1997 – . – М. : НИИРПО, 2006– . – Ежемес. http://www.e-profobr.ru/

  4. Среднее профессиональной образование [Текст] : теоретический и научно-методический журнал / учредитель Российская академия образования, Союз директоров ССУЗов России – М.: СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ, 2006– . – Ежемес. http://www.mgopu.ru/spo.htm

  5. Среднее профессиональной образование [Текст] : приложение к теоретическому и научно-методическому журналу «Среднее профессиональное образование» / учредитель Российская академия образования, Союз директоров ССУЗов России – Москва: СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ, 2010– . – Ежемес.

http://www.mgopu.ru/spo.htm

Интернет-ресурсы

  1. Всероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук (ВИНИТИ РАН) [Электронный ресурс] . – Режим доступа : http://www2.viniti.ru, свободный. - Загл. с экрана

  2. Портал нормативно-технической документации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http//www.pntdoc.ru, свободный. – Загл. с экрана

  3. Техническая литература [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http//www.tehlit.ru, свободный. – Загл. с экрана

  4. Электронно-библиотечная система «Книга Фонд» [Электронный ресурс] . - Режим доступа: http://www.knigafund.ru/, абонемент. - Загл. с экрана

  5. Электронно-библиотечная система издательства «Лань» [Электронный ресурс] . - Режим доступа: http://lanbook.com/ebs.php, абонемент. - Загл. с экрана

  6. Электронно-библиотечная система IGlib [Электронный ресурс] . - Режим доступа: http://www.iqlib.ru/, абонемент. - Загл. с экрана


Краткое описание документа:

Статья : « Графит. Кристаллическое строение и применение».   Выполнила преподаватель высшей квалификационной категории ГОУ СПО « Кемеровский профессионально – технический техникум» Тюнина Надежда Яковлевна. Использование графита основано на ряде его уникальных свойств. ·                  для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов; ·                   для электродов, нагревательных элементов — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов); ·                  для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита: 1.              Хорошая электропроводность, и как следствие — его пригодность для изготовления электрода. 2.              Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде — это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.
Автор
Дата добавления 23.05.2014
Раздел Математика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров439
Номер материала 110900052349
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх