sexta-feira, 2 de dezembro de 2011

Grafite o que torna esta pedra tão especial?


O que torna esta pedra tão especial? 

Este é um pedaço de grafite, um dos mais puros materiais fabricados em escala industrial.
A grafite para uso nuclear,  pode ser usada em um núcleo do reator para adicionar força e agir como um moderador de nêutrons. Grafite é importante para a construção de  reatores nucleares, pois possui propriedades especiais (incluindo força) em altas temperaturas.

A grafite de qualidade nuclear tem sido utilizada em projetos de reatores históricos e modernos. Na verdade, Enrico Fermi usava grafite como moderador na primeira tentativa de criar uma  reação nuclear auto-sustentável. A reação não foi bem sucedida devido as impurezas da grafite, no entanto, uma segunda tentativa foi feita, com sucesso, que sofreu uma reação nuclear.

Também chamada chumbo negro ou plumbagina, a grafite tem múltiplas e importantes aplicações industriais, embora seja mais conhecida popularmente por sua utilização como mina do lápis.

A grafite corresponde a uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras são o diamante e o carbono amorfo.

Cristaliza-se no sistema hexagonal regular com simetria rômbica. Em geral, seus cristais são tubulares, de contorno hexagonal e plano basal bem desenvolvido. A grafita apresenta-se, habitualmente, sob a forma de massas laminadas ou escamosas, radiadas ou granulosas.

A grafite é composta por infinitas camadas de átomos de carbono hibridizados em sp². Em cada camada, chamada de folha de grafeno, um átomo de carbono se liga a 3 outros átomos, formando um arranjo planar de hexágonos fundidos. O orbital 2pz, não hibridizado, que acomoda o quarto elétron forma um orbital deslocalizado com simetria π. Uma interação fraca de van der Waals mantém as folhas de grafeno unidas, a uma distância de 3,354 Ångstroms. A forma mais comum da grafite, é o hexagonal, em uma arrumação ABAB. 

Porém, o mesmo pode ser encontrado em uma outra forma, menos comum do que a primeira, conhecido como grafite romboédrico, que apresenta uma arrumação ABCABC. As principais características da grafite são suas capacidades de conduzir eletricidade e calor, que ocorre devido a deslocalização de seus elétrons π, e sua propriedade lubrificante, que se dá devido a sua estrutura em camadas ligadas por interações fracas de Van der Waals. Essas camadas podem deslizar uma sobre a outra. A rotação ou translação de camadas adjacentes de grafite pode levar a variações no espaço inter-camadas, que se torna maior do que o normal. Esse fenômeno leva a uma estrutura conhecida como grafite turbostático. Outra forma conhecida da grafite, é o pirolítico, um grafite artificial policristalino, preparado pela pirólise de um gás contendo carbono em temperaturas acima de 2.000 °C.

Vegetal de variadas propriedades físicas, a grafita tem numerosas aplicações industriais. É mole, facilmente desgastável, untuosa e de boa condutibilidade elétrica. A grafita natural encontra-se em três formas, que determinam o emprego industrial: amorfa, cristalina e em lâminas. A grafita amorfa formou-se por intrusões ígneas em leitos de carvão, que se calcinou, convertendo-se em grafita, cuja pureza raramente é superior a 85%. A forma cristalina ocorre em grupos maciços de cristais de brilho argênteo e sua pureza supera 99%. 

A grafita em escamas, a mais rara e em alguns casos a mais valiosa, encontra-se disseminada em rochas que experimentaram alto grau de metamorfismo local. Nessas formas, o enxofre é escasso ou se acha ausente.

A grafite é utilizada na fabricação de cadinhos refratários para as indústrias do aço, do latão e do bronze. Para essa finalidade emprega-se a grafita importada do Sri Lanka. A grafita é usada, também, como lubrificante. Misturada com argila muito fina forma a mina do lápis; a que melhor se presta para tal fim provém de Sonora, no México. A grafita se emprega ainda largamente na fabricação de tinta para proteção de estruturas de ferro e de aço.



Referências:
Idaho National Laboratory



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