一、基本性质
外观与颜色:石墨呈灰黑色至铁黑至钢灰色,条痕为光亮的黑色,具有强金属光泽。在土状形态下,则表现为暗淡的土状光泽。
物理状态:石墨为不透明固体,质软,可轻易被切割和刻画,沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3~5。其比重为1.9~2.3,密度范围在2.09至2.33 g/cm³之间。
化学性质:石墨的化学性质稳定,耐腐蚀,与酸、碱等药剂不易发生反应。但在特定条件下,如强氧化剂(浓硝酸、高锰酸钾等)存在时,石墨可被氧化。
二、结构特点
石墨是一种混合晶体,介于原子晶体、金属晶体和分子晶体之间。其晶体结构中,同层碳原子间以sp²杂化形成共价键,形成正六边形的环,并伸展成片层结构。层与层之间则以较弱的范德华力结合,使得石墨具有滑腻感和层间可滑动的特性。
三、特殊性质
耐高温性:石墨的熔点极高,可达3652至3697℃,即使在高温下也能保持稳定,重量损失很小,热膨胀系数也很小。其强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。
导电、导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍,导热性也超过钢、铁、铅等金属材料。石墨能够导电是因为其电子可以在薄片之间自由移动。
润滑性:石墨的润滑性能优异,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。这使得石墨在高速、高温、高压条件下仍能保持良好的润滑效果。
化学稳定性:石墨在常温下具有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
可塑性:石墨的韧性好,可以碾成很薄的薄片,用于制造各种精细的工业产品。
四、应用领域
铅笔芯:石墨是制造铅笔芯的主要材料,其软度和易于切割的特性使其成为制造高质量铅笔芯的理想选择。
耐火材料:石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质,在冶金工业中主要用于制造石墨坩埚、冶金炉内衬等耐火材料。
电极材料:石墨是制造电极的重要材料,广泛应用于铸造、钢铁和铝生产等工业领域。此外,石墨电极还被用于制造电池和燃料电池。
润滑剂:石墨的润滑性能非常好,被广泛用作润滑剂。石墨润滑剂可用于制造高温润滑脂、润滑油等,满足各种特殊工况下的润滑需求。
其他领域:石墨还用于制造石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯等工业产品。在原子能工业和国防工业中,石墨作为中子减速剂用于原子反应堆中。此外,石墨还用于防止锅炉结垢、防腐防锈等领域。
综上所述,石墨是一种具有独特性质和广泛应用价值的材料。随着科学技术的不断发展,石墨的应用领域还将不断拓展和深化。