Than chì

Than chì hay còn gọi là graphit (được đặt theo tên của Abraham Gottlob Werner vào năm 1789, từ tiếng Hy Lạp γραφειν: 'để vẽ/viết', do ứng dụng của nó trong các loại bút chì) là một dạng thù hình của carbon.

Đặc điểm

Các khoáng chất tự nhiên có chứa graphit bao gồm: thạch anh, calcit, mica, thiên thạch chứa sắt và tuamalin.

Các đặc tính khác: các lớp graphit mỏng có độ dẻo nhưng không đàn hồi, khoáng chất này có thể để lại dấu vết màu đen trên tay, giấy và nhiều bề mặt khác, dẫn điện và có độ nhớt cao. Xem Thù hình của oxy để so sánh với sắt.

Kích thước của một đơn vị tinh thể là a = b = 245,6 picômét, c = 669,4 pm. Độ dài liên kết cacbon-cacbon là 141,8 pm, và khoảng cách giữa các lớp là c/2 = 334,7 pm.

Cấu trúc tinh thể của graphit

Trong cấu trúc tinh thể của graphit, mỗi nguyên tử carbon có một obitan sp lai. Các điện tử pi trong obitan phân bố đều trên cấu trúc lục giác của nguyên tử cacbon, góp phần vào tính dẫn điện của graphit. Trong một tấm graphit có định hướng, suất dẫn điện theo chiều song song với các tấm này cao hơn so với chiều vuông góc với chúng.

Các thuộc tính âm học và nhiệt học của graphit không đồng nhất, vì phonon lan truyền rất nhanh dọc theo các mặt phẳng liên kết chặt chẽ, nhưng lại chậm hơn khi di chuyển từ mặt phẳng này sang mặt phẳng khác.

Phân bố và sản lượng

Các khoáng vật thường xuất hiện cùng với than chì bao gồm thạch anh, canxit, mica, sắt, thiên thạch và tourmalin. Trung Quốc là một trong những quốc gia sản xuất than chì hàng đầu thế giới, theo sau là Ấn Độ và Brazil.

Graphit có mặt phổ biến ở New York và Texas (Mỹ); Nga; Mêxicô; Greenland.

Theo USGS, sản lượng than chì tự nhiên toàn cầu trong năm 2006 đạt khoảng 1,03 tỷ tấn, trong khi năm 2005 là 1,04 tỷ tấn, chủ yếu đến từ các quốc gia như: Trung Quốc: 720.000 tấn trong cả hai năm (2005 và 2006), Brazil: 75.600 tấn trong năm 2006 và 75.515 tấn trong năm 2005, Canada: 28.000 tấn trong cả hai năm, và Mexico (dạng vô định hình): 12.500 tấn trong năm 2006 và 12.357 tấn trong năm 2005. Ngoài ra, còn có các quốc gia khác như: Sri Lanka: 3.200 tấn năm 2006 và 3.000 tấn năm 2005 dạng mạch, và Madagascar: 15.000 tấn trong cả hai năm.

Cũng theo USGS, sản lượng điện cực than chì tại Mỹ trong năm 2006 đạt 132.000 tấn, trị giá 495 triệu USD, và trong năm 2005 đạt 146.000 tấn, trị giá 391 triệu USD. Sản lượng sợi cacbon năm 2006 là 8.160 tấn, trị giá 172 triệu USD, và trong năm 2005 là 7.020 tấn, trị giá 134 triệu USD.

Ứng dụng

Công dụng nổi bật nhất của than chì là để làm ruột các loại bút chì (không có liên quan về mặt hóa học với chì kim loại).

Khác với kim cương, graphit là một chất dẫn điện và có nhiều ứng dụng liên quan, chẳng hạn như trong việc chế tạo các điện cực cho đèn hồ quang, điện cực cho pin, acquy,... Than chì còn được ứng dụng trong sản xuất thép, vật liệu composite, vật liệu chịu lửa,...

Graphit thường không được sử dụng dưới dạng nguyên chất như một vật liệu cấu trúc (trừ RCC) do tính dễ vỡ của nó, nhưng các tính chất cơ học của các composite sợi cacbon và gang đúc xám bị ảnh hưởng rất nhiều bởi graphit có trong chúng.

Graphit cũng được ứng dụng làm vỏ bọc (khuôn) và bộ điều tiết trong các lò phản ứng hạt nhân. Tính chất cho phép neutron đi qua rất ít theo mặt cắt ngang khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các lò phản ứng hạt nhân.

Liên kết lỏng lẻo giữa các lớp trong graphit đóng góp vào một ứng dụng quan trọng khác trong công nghiệp - bột graphit được sử dụng như một chất bôi trơn dạng khô. Các nghiên cứu gần đây cho rằng hiệu ứng gọi là siêu nhớt cũng có thể được tính đến trong ứng dụng này.

Hình ảnh

• Thù hình của carbon

• Sợi carbon
• Kim cương
• Graphen
• Ống nano carbon
• Bút chì

Liên kết bên ngoài

• Trang về Graphite
• Trang tiếng Anh