Nội dung chính
Than chì là gì ?
Than chì (tên tiếng anh là graphite) là một trong ba dạng kết tinh của nguyên tố cacbon; hai loại còn lại là kim cương và fullerene (bao gồm các ống nano cacbon và graphene). Graphite xuất hiện tự nhiên trong trái đất và, trong điều kiện tiêu chuẩn, là dạng cacbon ổn định nhất. Khoáng chất này được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau từ bút chì đến chất bôi trơn và pin cho đến các ứng dụng cực đoan khác, chẳng hạn như phản ứng tổng hợp hạt nhân và lò phản ứng nhiệt hạch Wendelstein 7-X.
Xem thêm:
Thuộc tính của than chì
Than chì là một dạng tồn tại tự nhiên của nguyên tố cacbon (Nguyên tố 6, ký hiệu C). Nó có màu từ đen đến xám thép, mờ đục và có kết cấu bôi trơn mềm đặc biệt. Graphite thể hiện hai cấu trúc tinh thể: lục giác (alpha) và tứ diện (beta). Cả hai cấu trúc tinh thể đều thể hiện tính dị hướng ở mức độ cao, điều này quyết định rất nhiều đến các tính chất của than chì, đặc biệt là về điện và cơ học.
Graphite được công nhận là chất dẫn nhiệt và điện tuyệt vời, thể hiện độ bền và độ cứng tự nhiên cao nhất so với tất cả các khoáng chất khác, khả năng chống lại sự tấn công của hóa chất và chịu được nhiệt độ cao (cao hơn 3600 °C (6500 °F)).
Một số tính chất vật lý, nhiệt và cơ học có liên quan nhất của than chì được trình bày trong các bảng dưới đây:
Tính chất vật lý của than chì
Dạng kết tinh: lục giác, tứ diện
Màu: đen sang xám thép
Thông số: a0= 2.46 Å, c0 = 671 Å
Mật độ: 2,26g/cm3
Thể tích: 5,315 cm3/mol
Điểm sôi: 4560 K (4290 °C)
Nhiệt phản ứng tổng hợp: 46,84 KJ/mol
Nhiệt hóa hơi thành khí nguyên tử: 716,9 KJ/mol
Tính chất nhiệt của than chì
Entropy chuẩn (ở 25 °C): 5,697 – 5,743 J/mol*K
Entropy DS 298: 152,3 J/mol*K
Entanpy DH 298: 716,88 KJ/mol
Nhiệt dung riêng (ở 25 °C): 0,690 – 0,719 kJ/kg*K
Độ dẫn nhiệt (ở 25 °C): 398 W/m*K theo hướng ab, 2.2 W/m*K theo hướng c
Tính chất cơ học của than chì
Modun đàn hồi: 8 – 15 GPa
Cường độ nén: 20 – 200 MPa
Độ bền uốn: 6,9 – 100 MPa
Hệ số giãn nhiệt: 1,2 – 8,2 x10-6 °C
Than chì so với kim cương
Graphite và kim cương có cấu trúc nguyên tử rất khác nhau. Các nguyên tử cacbon trong kim cương được sắp xếp theo tứ diện trong một cấu trúc ba chiều bao gồm một mạng lưới vô hạn các nguyên tử. Cấu trúc tứ diện chắc chắn về mặt cơ học tạo nên các đặc tính tuyệt vời của nó bao gồm độ cứng, độ bền, độ bền và độ dẫn nhiệt cực cao. Kim cương là vật liệu cứng nhất trên thang Mohs.
Để so sánh, các nguyên tử cacbon trong graphite được sắp xếp trong một mạng lưới vô hạn hai chiều của các tấm graphene, được xếp chồng lên nhau để tạo thành cấu trúc ba chiều. Cấu trúc phẳng này của than chì giải thích cho các tính chất vật lý riêng biệt của nó. Graphite được sử dụng rộng rãi trong bút chì vì các lớp của nó có thể dễ dàng tách hoặc tách ra. Độ cứng của graphite nhỏ hơn 1 trên thang Mohs. Do cấu trúc phân lớp của nó, than chì có đặc tính dị hướng cao.
Ví dụ, độ dẫn nhiệt của nó là 398 W/mK song song với các lớp, nhưng chỉ 2,2 W/mK vuông góc với chúng. Graphite, không giống như kim cương, là chất dẫn điện và hấp thụ ánh sáng tương đối tốt.
Sự xuất hiện của than chì
Graphite được hình thành khi carbon trong lớp vỏ Trái đất và lớp phủ phía trên chịu nhiệt độ và áp suất cao. Hầu hết graphite được tìm thấy trên bề mặt Trái đất đều có mặt ở ranh giới mảng nơi các mỏ đá phiến sét và đá vôi chịu nhiệt và áp suất do biến chất khu vực.
Khi được tìm thấy ở nồng độ cao trong đá, than chì có thể được khai thác và nghiền nát cho đến khi nó giải phóng các mảnh than chì. Một số graphite hình thành từ sự biến chất của các vỉa than, trong đó các vỉa tương ứng với lớp than ban đầu.
Một lượng nhỏ khác hình thành do phản ứng của các hợp chất cacbon trong quá trình biến chất thủy nhiệt. Ở dạng này, than chì có tính kết tinh cao.
Một lượng rất nhỏ xảy ra dưới dạng khoáng chất chính trong đá lửa như dòng chảy bazan, syenit và pegmatit.
Cuối cùng, một lượng nhỏ than chì đã được tìm thấy trong thiên thạch sắt.
Các quốc gia sản xuất than chì hàng đầu thế giới bao gồm Trung Quốc, Brazil, Madagascar, Canada và Ấn Độ.
Ứng dụng của than chì là gì ?
Một số cách sử dụng và ứng dụng phổ biến nhất của than chì là:
Viết và ứng dụng nghệ thuật
Graphite đã được sử dụng làm vật liệu viết từ thế kỷ XVI. Bút chì là loại lâu đời nhất và được công nhận nhiều nhất trong các ứng dụng của nó và bao gồm hỗn hợp các mảnh than chì và đất sét làm vật liệu kết dính.
Chất bôi trơn
Các nguyên tử cacbon tạo thành một cấu trúc chắc chắn được sắp xếp theo lớp và do liên kết giữa các lớp tương đối yếu nên than chì thể hiện độ bền cắt thấp khi chịu ma sát. Do đó, graphite có thể được sử dụng làm chất bôi trơn rắn.
Vật liệu chịu lửa
Graphite thường được sử dụng làm vật liệu chịu lửa (có nghĩa là nó có khả năng chống phân hủy trong điều kiện khắc nghiệt) do tính dẫn nhiệt cao và ổn định cơ học ở nhiệt độ cao mà không bị biến đổi hóa học.
Pin Lithium-Ion
Cực dương trong pin lithium-ion được làm từ graphite. Cực dương graphite được sản xuất từ than chì dạng vảy hoặc than chì tổng hợp.
Công nghệ graphene
Than chì có thể được sử dụng làm nguyên liệu gốc cho graphene, bao gồm các lớp carbon riêng lẻ. Đối với trọng lượng của nó, graphene bền hơn thép. Một số tác giả đã gọi nó là “vật liệu mỏng nhất, mạnh nhất và dẫn điện tốt nhất” đối với điện và nhiệt.
Câu hỏi thường gặp về Graphite
Câu 1. Tại sao than chì được sử dụng làm chất bôi trơn ?
Trả lời – Than chì được sử dụng làm chất bôi trơn vì mỗi lớp than chì có thể trượt lên các lớp khác do lực tường Vander yếu. Do đó, nó thể hiện đặc tính bôi trơn và được sử dụng làm chất bôi trơn rắn.
Câu 2. Graphene có ý nghĩa gì ?
Trả lời – Nó là dạng thù hình của cacbon, một lớp graphite duy nhất được phát hiện vào năm 2003. Nó có cấu trúc giống như tổ ong. Graphene không chỉ là một trong những vật liệu mỏng nhất mà còn là vật liệu bền nhất. Nó dẫn nhiệt tốt hơn tất cả các vật liệu khác. Nó là một chất dẫn điện tuyệt vời, nó trong suốt về mặt quang học. Những đặc tính tuyệt vời này và chức năng đa chức năng của nó làm cho graphene phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, từ băng điện tử đến cảm biến quang học và thiết bị sinh học.
Câu 3. Tại sao than chì dẫn điện được còn kim cương thì không ?
Trả lời – Graphite là phi kim duy nhất dẫn điện. Bởi vì trong graphite, một Nguyên tử cacbon được gắn với 3 nguyên tử cacbon và trong trường hợp một nguyên tử cacbon có thể tự do tạo ra điện.
Câu 4. Các tính chất hóa học chính của than chì là gì ?
Trả lời – Nó có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao vì liên kết giữa 2 nguyên tử cacbon trong than chì là liên kết cộng hóa trị và chúng ta biết rằng liên kết cộng hóa trị là liên kết mạnh hơn.
Cảm ơn bạn quan tâm bài viết: “Than chì là gì ? Các thuộc tính và ứng dụng chính của than chì” của Đại Dương. Mọi thắc mắc vui lòng để lại comment bên dưới hoặc liên hệ qua:
- Hotline: 1800 69 68
- Fanpage: Inox Đại Dương
Ban biên tập: Thép không gỉ Đại Dương