Wat zijn de eigenschappen van grafiet?
Grafiet is een allotroop van het element koolstof, wat betekent dat het een van een aantal verschillende vormen van het zuivere element is met een unieke rangschikking van zijn atomen, in vergelijking met andere vormen van koolstof. De rangschikking van koolstofatomen in grafietmoleculen geeft deze stof enkele unieke eigenschappen. Het kan als smeermiddel worden gebruikt en heeft eigenschappen die normaal alleen aan metalen worden toegeschreven. Het lijkt in sommige opzichten ook op steenkool. Deze ongewone combinatie van eigenschappen maakt grafiet geschikt voor een aantal verschillende toepassingen.
De naam voor de stof grafiet werd bedacht door een Duitse geoloog in de 18e eeuw die het Griekse woord "grapho", wat "schrijven" betekent, aanpaste vanwege het gebruik ervan in potloden, een gebruik dat nog steeds gebruikelijk is. In deze toepassing wordt grafiet vaak "potloodlood" of "lood" genoemd, maar dit is misleidend, omdat het helemaal geen lood is. Grafiet is een natuurlijk voorkomend mineraal dat bestaat uit pure elementaire koolstof.
De fysische eigenschappen van grafiet lijken sterk op kolen. De moleculen zijn gerangschikt in zeshoekige roosters die plaatachtige schikkingen vormen. Het is deze moleculaire configuratie die bijdraagt aan de uitstekende eigenschappen van grafiet als smeermiddel, zowel in droge vorm als gesuspendeerd in vloeistof, meestal olie. Het is een van de zachtste van alle natuurlijk voorkomende mineralen en wordt gemakkelijk bekrast met een vingernagel. Het ziet eruit als een donkere, zilverachtige vaste stof.
Net als steenkool, waaraan het chemisch identiek is, wordt grafiet soms aangetroffen in grote aderen in bepaalde metamorfe gesteenten, of als kleine verspreide schilfers in een verscheidenheid van mineralen. De eigenschappen van grafiet maken het echter ongeschikt voor gebruik als brandstof, omdat het zeer moeilijk te verbranden is. Evenzo is grafiet chemisch zeer stabiel en bijna inert.
Een van de interessantere eigenschappen van grafiet is de geleidbaarheid. Grafiet geleidt elektriciteit, wat ongebruikelijk is voor een stof die geen metaal is, vooral omdat ten minste één andere elementaire koolstofallotroop, diamant, helemaal niet geleidend is en in feite een zeer goede isolator is. Het is echter niet zo geleidend als een metaal en wordt soms geclassificeerd als een halfgeleider. Een andere interessante eigenschap van grafiet is de sterke anisotrope eigenschappen van warmte- en geluidsgeleiding. Dit betekent dat het warmte en geluid heel goed in één richting geleidt, terwijl het in andere richtingen slecht presteert.
Wetenschap en industrie hebben veel toepassingen gevonden voor grafiet. Naast zijn toepassingen als vulstof voor potloden en een breed scala aan zeer effectieve smeermiddelen, maken de eigenschappen van grafiet het geschikt voor gebruik bij de productie van staal, lichtgewicht, zeer sterke composietmaterialen en als een component voor composiet remblokken, naast tal van andere toepassingen. De zachtheid lijkt het een vreemde keuze te maken voor composieten met een hoge sterkte, zoals die worden gebruikt in ski's en hengels, maar hoewel de vlakke plaatformaties van de moleculen het zacht maken, kunnen deze platen worden gerold en gevormd tot vezels met een enorme sterkte vanwege de krachtige banden tussen de individuele atomen.