Graphite là gì? Cấu trúc, Tính chất và Ứng dụng trong Công nghiệp và Cuộc sống

Than chì là gì? Đây là một dạng carbon được biết đến với cấu trúc đặc biệt, độ dẫn điện tốt và khả năng chịu nhiệt cao. Nhờ các tài sản này, than chì đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực từ ngành công nghiệp truyền thống đến công nghệ tiên tiến. Hãy tìm hiểu về than chì, cấu trúc, thuộc tính và các ứng dụng cụ thể của nó.

1. Chân than là gì?

Than chì (than chì) là một dạng carbon, trong đó các nguyên tử carbon được liên kết với nhau dưới dạng phân loại. Đây là một vật liệu tự nhiên phổ biến được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và cuộc sống nhờ độ dẫn điện, độ bền và khả năng chống nhiệt.

• Công thức hóa học: C.
• Tên gốc: Bắt đầu từ “Graphein” Hy Lạp, có nghĩa là “Viết”, vì than chì được sử dụng để tạo ra bút chì.

Graphite được sử dụng để sản xuất bút chì

2. Các loại than chì

2.1. Than chì tự nhiên

Tồn tại dưới dạng khoáng chất trong tự nhiên. Bao gồm các biểu mẫu sau:

• Thang đo tinh thể than chì: Chất lượng cao, được sử dụng trong công nghệ điện cực và bôi trơn.
• Khối than chì: Công nghiệp chung.
• Than than vô cơ: Bột mịn, được áp dụng trong bút chì luyện kim và sản xuất.

Than chì tự nhiên

2.2. Graphite nhân tạo

Được sản xuất bằng cách sưởi ấm vật liệu carbon ở nhiệt độ cao (khoảng 3000 ° C) trong môi trường không có oxy.

Nguyên chất hơn than chì tự nhiên và được sử dụng trong các ứng dụng công nghệ cao như điện cực trong pin lithium-ion.

2.3. Phân phối và khai thác

Trau than chì được khai thác từ các mỏ khoáng sản lớn ở Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Canada và Madagascar. Trung Quốc là nhà sản xuất than chì lớn nhất thế giới.

Than chì nhân tạo thường được sản xuất trong các nhà máy luyện kim và công nghệ tiên tiến.

3. Cấu trúc của than chì

Chân than có cấu trúc lớp điển hình, làm cho các tính chất độc đáo của nó như độ dẫn nhiệt, dẫn điện và tốt.

3.1. Cấu trúc lớp

Trong mỗi lớp, các nguyên tử carbon được liên kết với nhau bởi các liên kết cộng hóa trị SP², tạo thành một mạng lưới hình lục giác.

Các lớp carbon được xếp chồng lên nhau và liên kết với nhau bởi Van der Waals yếu, vì vậy các lớp này dễ dàng tách ra và trượt vào nhau.

Cấu trúc phân tử của than chì

3.2. Sự tồn tại của electron miễn phí

Bởi vì mỗi nguyên tử carbon chỉ được liên kết với 3 nguyên tử khác, có một electron không có miễn phí. Electron này giúp than chì có độ dẫn tốt và độ dẫn nhiệt.

3.3. Các tính năng nổi bật của cấu trúc

Tính toán mềm: Do lực liên kết giữa các lớp rất yếu.

Độ mịn: Các lớp carbon có thể trượt lên trên nhau, tạo ra một bề mặt nhẵn.

Dây dẫn: Các electron di chuyển miễn phí dễ dàng trong mạng carbon

4. Thuộc tính của than chì

4.1. Tính chất vật lý

Màu sắc: Xám đậm hoặc đen.

Độ cứng: mềm, dễ phân chia thành các lớp mỏng.

Độ mịn: Than chì được sử dụng như một chất bôi trơn rắn.

Độ dẫn tốt và độ dẫn nhiệt: Nhờ các electron miễn phí.

Mật độ: Khoảng 2,2 g/cm³, nhẹ hơn nhiều so với kim loại.

4.2. Tính chất hóa học

Sức mạnh nhiệt: Chịu đựng than chì nhiệt độ cực cao (trên 3000 ° C) trong môi trường không có oxy.

Kháng ăn mòn: Than chì có ít phản ứng với hầu hết các hóa chất trong điều kiện bình thường.

Dễ bị oxy hóa: Ở nhiệt độ cao trên 700 ° C trong môi trường oxy, than chì sẽ được oxy hóa thành CO₂ hoặc CO.

5. Ứng dụng than chì

Nhờ các thuộc tính đặc biệt, than chì được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Công nghiệp luyện kim: Sản xuất điện cực than chì trong hồ quang điện. Tạo một nồi kim loại có nhiệt độ cao.

Sản xuất điện cực than chì trong hồ quang điện

Ngành công nghiệp pin và năng lượng: Được sử dụng làm âm thanh trong pin lithium-ion. Là thành phần trong siêu tụ điện và pin nhiên liệu.

Chất bôi trơn: Bột mịn hoặc than chì nhũ tương được sử dụng như một chất bôi trơn rắn trong môi trường nhiệt độ cao, nơi dầu và chất béo không hoạt động.

Công nghệ vật liệu mới: Sản xuất graphene: Siêu bền, vật liệu cực kỳ, độ dẫn tốt, được áp dụng trong công nghệ nano và thiết bị điện tử. Tạo cách nhiệt, chống cháy nhờ vào điện trở nhiệt tốt và cách nhiệt.

Sản xuất bút chì: Than chì được trộn với đất sét để tạo thành lõi bút chì với nhiều mức độ cứng khác nhau.

Y học và công nghệ sinh học: Được sử dụng trong sản xuất thiết bị y tế, vật liệu sinh học nhờ hóa chất và độ bền.

6. So sánh than chì và kim cương

Tiêu chí	Than chì	Kim cương
Cấu trúc liên kết	Lớp (sp²)	Tứ diện (sp³)
Độ cứng	Mềm mại, dễ tách	Khó nhất trong tự nhiên
Nhạc trưởng	Có khả năng dẫn điện	Không có hiệu quả
Màu sắc	Xám	Minh bạch, lấp lánh
Ứng dụng	Bôi trơn, pin, bút chì	Đồ trang sức, công cụ cắt

Chân than là một vật liệu đặc biệt với cấu trúc lớp độc đáo, độ dẫn điện và khả năng chịu nhiệt cao. Từ bút chì thông thường đến pin lithium-ion và công nghệ graphene nano, than chì đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại và ngành công nghiệp tiên tiến. Với tiềm năng phát triển mạnh mẽ, than chì sẽ tiếp tục là vật liệu cốt lõi trong các ứng dụng công nghệ trong tương lai.