Mineral grafito usos y propiedades

El grafito es una forma natural de carbono cristalino. Es un elemento mineral nativo que se encuentra en las rocas metamórficas e ígneas.

El grafito es un mineral de extremos. Es extremadamente blando, se rompe con una presión muy ligera, y tiene una gravedad específica muy baja.

Por el contrario, es extremadamente resistente al calor y casi inerte en contacto con casi cualquier otro material. Estas propiedades extremas le dan una amplia gama de usos en la metalurgia y la fabricación.

Grafito

Mineralogía

  • Formula: C
  • Clase: Elemento nativo
  • Sistema: Hexagonal
  • Dureza: 1-2
  • Fractura: Escamosa, de lo contrario en bruto, cuando no en la división
  • Exfoliación: Perfecta.
  • Brillo: Metálico
  • Raya: Gris y gris oscuro.

Usos del grafito

El grafito tiene una amplia variedad de usos casi contradictorios. Es un alótropo del carbono y uno de los minerales más blandos del mundo, sus usos van desde utensilios de escritura hasta lubricantes.

Puede convertirse en un cilindro de grafeno de un solo átomo de espesor, que es un material superresistente utilizado en los equipos deportivos. El grafito puede comportarse como un metal y conducir la electricidad, pero también como un no metal que resiste altas temperaturas.

Materiales de escritura y de artistas

Los núcleos de los lápices de «plomo» están hechos de una mezcla de arcilla y grafito. Hojuelas de grafito sueltas marcan el papel y la arcilla actúa como material de encuadernación.

Cuanto más alto es el contenido de grafito del núcleo, más suave es el lápiz y más oscuro su trazo. No hay plomo en lo que se conoce como lápices de plomo.

El nombre se originó en Europa cuando el grafito se llamaba «plumbago» o «plomo negro» por su aspecto metálico. El uso del grafito como marcador se remonta al siglo XVI en el norte de Inglaterra, donde la leyenda local afirma que los pastores utilizaban un depósito de grafito recién descubierto para marcar ovejas.

Lubricantes y Refractarios

El grafito reacciona con el vapor de agua atmosférico para depositar una fina película sobre cualquier superficie adyacente y reduce la fricción entre ellas. Forma una suspensión en aceite y reduce la fricción entre dos partes móviles.

El grafito funciona de esta manera como lubricante hasta una temperatura de 787 grados centígrados (1.450 grados Fahrenheit) y como material anti-agarrotamiento hasta 1.315 grados centígrados (2.399 grados Fahrenheit).

El grafito es un material refractario común porque soporta altas temperaturas sin cambiar químicamente. Se utiliza en procesos de fabricación que van desde la fabricación de acero y vidrio hasta el procesamiento de hierro.

También es un sustituto del amianto en los revestimientos de los frenos de los automóviles.

Baterías de Litio-Ion

Las baterías de iones de litio tienen un cátodo de litio y un ánodo de grafito. A medida que la batería se carga, los iones de litio cargados positivamente en el electrolito – una solución salina de litio – se acumulan alrededor del ánodo de grafito.

Un ánodo de litio haría una batería más potente, pero el litio se expande considerablemente cuando se carga.

Con el tiempo, la superficie del cátodo de litio se agrieta, lo que hace que los iones de litio escapen. Estos a su vez forman crecimientos llamados dendritas en un proceso que puede provocar un cortocircuito en la batería.

Tecnología de grafeno

Las láminas de grafeno simple enrolladas son 10 veces más ligeras, así como 100 veces más fuertes, que el acero. Tal lámina laminada también se conoce como grafeno, y este derivado del grafito es el material identificado más fuerte del mundo y se ha utilizado para hacer equipos deportivos superresistentes y ligeros.

Su alta conductividad eléctrica, baja absorción de luz y resistencia química lo convierten en un material ideal para futuras aplicaciones, incluso en implantes médicos como corazones artificiales, dispositivos electrónicos flexibles y piezas de aviones.

Dónde se encuentra el grafito

El grafito puede encontrarse en una gran cantidad de países, sus principales productores son:

  • China.
  • Brasil
  • Canadá
  • India
  • Mozambique
  • Ucrania
  • Rusia
  • Noruega
  • Pakistan

Características del grafito

El grafito es un mineral que se forma cuando el carbono se somete al calor y a la presión de la corteza terrestre y del manto superior.

Para producir grafito se necesitan presiones en el rango de 75.000 libras por pulgada cuadrada y temperaturas en el rango de 750 grados centígrados. Esto corresponde a la facies metamórfica del granulito.

Grafito del metamorfismo regional (grafito en escamas)

La mayor parte del grafito que se ve hoy en día en la superficie de la Tierra se formó en los límites de las placas convergentes, donde los esquistos y las calizas ricas en materia orgánica se sometieron al calor y la presión del metamorfismo regional. Esto produce mármol, esquisto y gneis que contienen diminutos cristales y escamas de grafito.

Cuando el grafito está en concentraciones suficientemente altas, estas rocas pueden ser extraídas, trituradas hasta un tamaño de partícula que libere las escamas de grafito, y procesadas por separación de gravedad específica o flotación de espuma para eliminar el grafito de baja densidad. El producto producido se conoce como «grafito en escamas».

Grafito del metamorfismo de la costura de carbón (grafito «amorfo»)

Algunos grafitos se forman a partir del metamorfismo de las vetas de carbón. El material orgánico del carbón está compuesto principalmente de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y azufre.

El calor del metamorfismo destruye las moléculas orgánicas del carbón, volatilizando el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y el azufre. Lo que queda es un material de carbono casi puro que se cristaliza en grafito mineral.

Este grafito se produce en «filones» que corresponden a la capa original de carbón. Cuando se extrae, el material se conoce como «grafito amorfo». La palabra «amorfo» es en realidad incorrecta en este uso, ya que tiene una estructura cristalina.

Desde la mina, este material tiene un aspecto similar a los trozos de carbón sin la banda brillante y sin brillo.

Grafito del metamorfismo hidrotérmico

Una pequeña cantidad de grafito se forma por la reacción de los compuestos de carbono en la roca durante el metamorfismo hidrotérmico. Este carbono puede ser movilizado y depositado en las venas en asociación con los minerales hidrotermales.

Debido a que se precipita, tiene un alto grado de cristalinidad, y eso lo convierte en un material preferido para muchos usos eléctricos.

El grafito en las rocas ígneas y los meteoritos

Se sabe que en las rocas ígneas se encuentran pequeñas cantidades de grafito como mineral primario. Se conoce como partículas diminutas en los flujos de basalto y sienita. También se sabe que se forma en la pegmatita.

Algunos meteoritos de hierro contienen pequeñas cantidades de grafito. Estas formas de grafito son acontecimientos sin importancia económica.

Similitudes con el diamante

El grafito y el diamante son las dos formas minerales del carbono. El diamante se forma en el manto bajo un calor y una presión extremos. La mayor parte del grafito que se encuentra cerca de la superficie de la Tierra se formó dentro de la corteza a temperaturas y presiones más bajas.

El grafito y el diamante comparten la misma composición pero tienen estructuras muy diferentes.

Los átomos de carbono en el grafito están enlazados en una red hexagonal que forma láminas de un átomo de espesor.

Estas hojas están mal conectadas y se rompen o se deslizan fácilmente unas sobre otras si se someten a una pequeña cantidad de fuerza. Esto le da al grafito su muy baja dureza, su perfecta separación y su sensación resbaladiza.

En contraste, los átomos de carbono en el diamante están unidos en una estructura de armazón. Cada átomo de carbono está unido en una red tridimensional con otros cuatro átomos de carbono con fuertes enlaces covalentes.

Esta disposición mantiene los átomos firmemente en su lugar y hace del diamante un material excepcionalmente duro.

Grafito sintético

El «grafito sintético» se fabrica calentando materiales con alto contenido de carbono como el coque de petróleo y el alquitrán de hulla a temperaturas entre 2500 y 3000 grados centígrados. A estas altas temperaturas, todos los materiales volátiles y muchos metales de la materia prima son destruidos o expulsados.

El grafito que queda se une a una estructura cristalina similar a una lámina. El grafito sintético puede tener una pureza de más del 99% de carbono, y se utiliza en productos manufacturados donde se requiere un material extremadamente puro.

Bibliografía

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