Grafite: struttura, usi

La grafite è uno degli stati allotropici del carbonio insieme al diamante, grafene, fullerene e nanotubi di carbonio.
Si trova nelle rocce metamorfiche, nelle  rocce ignee e nei meteoriti. I minerali associati alla grafite includono quarzo, calcite, mica e tormalina . Le principali fonti di esportazione  sono  Cina, Messico, Canada, Brasile e Madagascar.

Essa è caratterizzata da una struttura stratificata in cui in ogni strato, gli atomi di carbonio legati tra loro con un legame covalente si trovano in un reticolo cristallino detto a nido d’ape.

Struttura della grafite

Ciascun atomo di carbonio è ibridato sp² ed è legato, tramite legame covalente, ad altri 3 atomi di carbonio tramite legame σ.
L’elettrone non ibridato appartenente all’orbitale p è delocalizzato.  Ciò le conferisce una elevata conducibilità elettrica e pertanto essa è utilizzata negli elettrodi di grafite.

I vari strati  sono legati da deboli legami di van der Waals e pertanto la grafite è un materiale tenero in quanto gli strati possono scorrere l’uno rispetto all’altro, con facilità.

Alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 20°C  costituisce la fase termodinamicamente più stabile del carbonio. Tuttavia la velocità di conversione dal diamante alla grafite è del tutto trascurabile. A temperature superiori a 4000 °C il diamante si converte in grafite rapidamente. Per convertire la grafite in diamante occorrono temperature oltre i 1700°C e una pressione di 35 GPa.

Usi

A causa della sua elevata stabilità termica e della sua inerzia chimica è utilizzata nei materiali refrattari. Un esempio sono i mattoni refrattari realizzati insieme all’ ossido di magnesio  che mostrano:

• alta refrattarietà
• forte resistenza a temperatura elevata
• resistenza alla corrosione
• resistenza alla scheggiatura.

Unitamente all’ossido di zirconio è usata per refrattari usati nelle acciaierie.

È utilizzata nelle matite di cui costituisce l’anima unitamente all’argilla. Quanto più alto è il contenuto di grafite tanto maggiore è morbida la matita e scura la sua traccia.

Reagisce con il vapore acqueo contenuto nell’atmosfera con formazione di un film sottile che riesce a depositare su qualsiasi superficie riducendone l’attrito ed è quindi usata come lubrificante.

Da essa, può essere ottenuto, tramite esfoliazione meccanica, esfoliazione in fase liquida o tramite metodi chimici il grafene materiale oggetto di intendi studi dalle enormi potenzialità.