1. Grafit – minerał pospolity i szeroko rozpowszechniony z gromady pierwiastków rodzimych – naturalny smar. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.

2. Właściwości

• Wzór chemiczny: C – węgiel

• Układ krystalograficzny – heksagonalny (niekiedy trygonalny)

• Twardość w skali Mohsa – 1 do 1,5

• Łupliwość – doskonała, jednokierunkowa

• Rysa – ciemnoszara, czarna, błyszcząca.

• Przełam – dobry

• Gęstość – 2,09 do 2,23 g/cm³

• Barwa – czarna, ciemnoszara

• Połysk – półmetaliczny

• Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło

• Odporny na wysoką temperaturę

W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzi ręce.

1. Występowanie

Powstaje w wyniku zmetamorfizowania skał, jako produkt końcowy przemiany substancji organicznych bogatych w węgiel. Pojawia się także w pegmatytach i żyłach hydrotermalnych. Niekiedy bywa znajdowany wśród granitów, porfirów, gabr, granulitów. Współwystępuje z pirytem, markasytem, kalcytem.

Polska – Tworzy znaczne nagromadzenia w postaci łupków grafitowych w okolicach Stronia Śląskiego oraz wkładki skał grafitowych napotykane koło Strzelina, Dzierżoniowa, Wałbrzycha i Bystrzycy Kłodzkiej. Występuje w wielu różnych skałach metamorficznych (m.in. w łupkach krystalicznych Tatr Zachodnich).

Miejsca występowania: Sri Lanka – największe złoża grafitu, Madagaskar, Rosja – Syberia, USA – Ogdensburg, Edison, Alabama (najpiękniejsze kryształy grafitu pochodzą z Sterling Hill w New Jersey), Kanada – Quebec, Meksyk – Sonora, Niemcy – Bawaria.

1. Budowa grafitu i jego właściwości

Struktura grafitu

Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do benzenu. Podobnie jak w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego, "1,5 krotnego" wiązania aromatycznego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne.

Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania Van der Waalsa. Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych. Np: Monokryształy grafitu przewodzą dobrze prąd elektryczny w kierunku równoległym do warstw i znacznie gorzej w kierunku prostopadłym.

Ze względu na to, że grafit techniczny jest zlepkiem niewielkich monokryształów, wykazuje on wysoką odporność mechaniczną na ściskanie i niewielką na rozciąganie i ścinanie. Jest więc jednocześnie twardy, łupliwy i podatny na ścieranie. Te szczególne własności mechaniczne powodują, że grafit posiada wyjątkowe dobre własności smarujące. Podczas poddawania go siłom ścinającym jakie występują między obracającymi się zębatkami, lub zębatkami i łańcuchem, ulega on rozdrobnieniu do postaci proszku, o mikrometrycznych rozmiarach drobin. Każda z tych drobin zachowuje jednak dużą odporność na ściskanie co prowadzi do zjawiska supersmarowania.

Mikrokryształki grafitu są głównym składnikiem sadzy. Również w strukturze węgla kamiennego występują grafitopodobne struktury przedzielone fazą amorficzną. Czysty grafit otrzymuje się w przemyśle przez kontrolowaną pirolizę antracytu w atmosferze azotu.

1. Zastosowanie

• ma znaczenie naukowe – służy do określania genezy skał metamorficznych.

• do wyrobu suchych smarów

• do wyrobu cegieł ogniotrwałych

• grafit do ołówków

• czarne farby chroniące ołów przed korozją

• naczynia ognioodporne

• elektrody

• jako zbrojenie materiałów kompozytowych

• trzonki kijów golfowych typu driver

• tygle ogniotrwałe

• farby

• środki polerskie

• w reaktorach jądrowych pręty grafitu spełniają rolę moderatora.