Grafite

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Grafite
minério de Grafite

Grafite ou grafita é um mineral, um dos alótropos do carbono. Ao contrário do diamante, a grafite é um condutor elétrico. Por isso possui aplicações em eletrônica, como em eletrodos e baterias. Devido ao seu alto ponto de fusão também possui aplicações como material refratário, como em cadinhos de fundição de aço. O grafite pode ser dissolvido em ácido clorossulfúrico1

Grafite[editar | editar código-fonte]

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 quatro formas alotrópicas do carbono. As outras são o diamante, o fulereno e o grafeno.

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.

O grafite é composto 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 do 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 do grafite são sua capacidade 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 torna-se maior do que o normal. Esse fenômeno leva a uma estrutura conhecida como grafite turbostático. Outra forma conhecida do grafite, é o pirolítico (ingl.: Highly ordered pyrolytic graphite or highly oriented pyrolytic graphite — HOPG), 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.

Origem[editar | editar código-fonte]

A grafite é um dos alótropos do carbono; é um condutor elétrico, e pode ser usado, por exemplo, como os eletrodos de uma lâmpada elétrica de arco voltaico. Porém o grafite é utilizado em várias outras maneiras tais como a fabricação de motores e peças eletrônica.

As primeiras minas de grafite foram descobertas em 1400 na Baviera, hoje uma região da Alemanha. Em 1504, descobriram uma mina de grafite em Cumberland, na Inglaterra. Somente no final do século XVIII o químico Karl Wilhelm Scheele comprovou cientificamente, que a grafite era um elemento próprio (carbono).

A grafite da mina inglesa de Cumberland foi de tal forma explorado, que os ingleses passaram a proibir sua exploração sob ameaça de pena de morte. A qualidade da grafite inglês e os lápis com ele produzidos foram desvalorizando-se cada vez mais.

O lápis surge na Alemanha pela primeira vez em 1644 na agenda de um Oficial de Artilharia. Em 1761 na aldeia de Stein, perto de Nuremberg, Kaspar Faber inicia sua própria fábrica de produção de lápis na Alemanha.

A partir de 1839 ocorre um aperfeiçoamento do chamado processo de fabricação da grafite, com a adição de argila; uma invenção quase paralela do francês Conté e do austríaco Hartmuth no final do século XVIII. A partir de então argila e grafite moídos são misturados até formarem uma pequena vara e depois queimados.

Através da mistura de argila com grafite tornou-se então possível fabricar lápis com diferentes graus de dureza. Lothar von Faber aumenta a capacidade de produção de sua fábrica. Após a construção de um moinho de água, a serragem e entalhamento da madeira passam a ser mecanizados e uma máquina a vapor torna a fabricação ainda mais racional. Desta forma está aberto o caminho para a indústria de grande porte.

Em 1856 Lothar von Faber adquire uma mina de grafite na Sibéria, não muito distante de Irkutsk, que produzia o melhor grafite da época. O "ouro negro", como a grafite era chamado, era transportado por terra nas costas de renas ao longo de caminhos inóspitos e acidentados. Somente ao chegar a cidade portuária, o material podia ser enviado de navio para locais mais distantes.

Dos tempos pioneiros até os dias de hoje, tanto a qualidade quanto a forma de produção dos lápis de grafite e dos lápis de cor, foram sendo cada vez mais aprimoradas. Embora a forma e a aparência externa dos lápis tenham sido mantidas iguais até os nossos dias, não é possível comparar os lápis fabricados antigamente com a pureza e seriedade com que os artigos atuais são produzidos

Propriedades[editar | editar código-fonte]

A condutividade e outras características fisicas da grafite, como plano de clivagem e características lubrificante vaselinas se devem ao arranjo dos átomos no material, formando estruturas em forma de folhas, atraídas por ligações fracas (Forças de Van der Waals). Nas "folhas", os átomos estão organizados como hexágonos, a semelhança dos favos numa colmeia, onde cada átomo de carbono ocupa um vértice. Como nesta estrutura cada carbono se liga a outros 3 átomos, "sobra" uma ligação para cada átomo. Estes elétrons formam uma grande ligação "deslocalizada" entre os átomos de carbono, semelhante a ligação metálica. A condutividade se dá ao longo da folha, de forma que no sólido, há variação da condutividade dependendo da posição em que este é medida ao longo do sólido (mais alta ao longo das folhas e menor perpendicularmente a estas).

O acoplamento frouxo entre as folhas na grafite contribui a uma outra propriedade industrial importante, o pó da grafite é usado como um lubrificante seco. Os estudos recentes sugerem que um efeito chamado superlubrificação pode também esclarecer este efeito.

Formas da grafite[editar | editar código-fonte]

A grafite pode ser natural ou sintética. A grafite natural é umas das formas alotrópicas do carbono encontradas na natureza, já a sintética é produzida industrialmente com uso de altas temperaturas e pressão e matérias primas tais como o coque de petróleo ou a antracita. A grafite natural pode ainda ser encontrada em mais de uma forma na natureza, a microcristalina, conhecida comercialmente como "grafite amorfo", a forma cristalina conhecida como grafite cristalino tipo "floco" ou "flake" ou a grafite de veio "lump", que apresenta-se em pedras de alta concentração, sendo esta uma forma mais rara produzida somente no Sri Lanka.

Características físicas[editar | editar código-fonte]

Os minerais associados incluem quartzo, calcita, micas, ferro meteorites e turmalinas.

Outras características: os flocos finos são flexíveis mas inelásticos, o mineral pode deixar marcas pretas nas mãos e papel, conduz eletricidade. Na grafita o efeito superlubrificação também ocorre.

Os melhores indicadores do campo são maciez, lustro, densidade e traço.

  • O diamante é uma das substâncias de mair dureza conhecidas pelo homem, mas a grafita possui baixa dureza.
  • O diamante é um isolante elétrico, mas a grafita é um condutor da eletricidade.
  • O diamante é o abrasivo mais eficiente, mas a grafita é um lubrificante muito bom.
  • O diamante cristaliza-se no sistema isométrico (cúbico) mas a grafita cristaliza-se no sistema hexagonal.

As dimensões da unidade celular são a = b = 2,456 que Å, c = 6,694 que Å. O comprimento da ligação do carbono-carbono na maioria forma é 1,418 que Å, e o afastamento entre camadas é c/2 = 3,347 que Å.

Produtores mundiais[editar | editar código-fonte]

Os principais produtores mundiais de grafite natural cristalino são: China, Brasil, Canadá, Madagascar, Rússia, Índia, México e Sri Lanka.

Processo de produção[editar | editar código-fonte]

Mineração - O minério de grafite é extraído em minas de céu aberto ou subterrâneas, podendo este minério ser de facil extração ou exigir o uso de explosivos para desmonte. O minério após extraído é transportado para plantas de concentração.

Concentração mecânica - O minério é submetido a sucessivas moagens e a um processo de separação mecânica das impurezas presentes na grafite conhecido como flotação. A concentração mecânica objetiva a máxima recuperação da grafite presente no minério, preservando suas características físicas. Neste processo atinge-se teores entre 75 % e 98 % de grafite.

Concentração química - Para obter-se grafite com altos teores acima de 98 % utiliza-se a concentração química para remoção das impurezas remanescentes na grafite previamente concentrada mecanicamente. Com este processo atinge-se teores de 99,8 % de grafite.

Classificação - Técnicas de peneiramento são utilizadas para classificar as partículas da grafite concentrada, atingindo a distribuição granulométrica desejada para cada aplicação na industria.

Moagem – Para produção de pós de grafite muito finos, abaixo de 75 micra , moinhos de jato e martelo moem a grafite concentrada até que ela atinja o tamanho desejado. As partículas moídas são classificadas possibilitando controlar a distribuição granulométrica do produto gerado. Os diferentes métodos de moagem e classificação permitem formatar a partícula, dando à grafite características distintas de densidade e de superfície específicas.

Suporte[editar | editar código-fonte]

A grafite pode ser usada para todas as superfícies, exceto nas plastificadas, onde adere mal. Quase todos os tipos de papel - lisos, texturizados, rugosos - são também um suporte adequado. Papéis como o "Ingres" ou "Canson" são ótimos suportes para trabalhos em tons de cinza e em "degradé".

O tipo de papel que se usa é importantíssimo, pois determina a forma como a grafite se vai comportar. Papéis coloridos são também frequentemente usados para trabalhos de desenho à grafite.

Aplicações[editar | editar código-fonte]

A grafite é utilizada em diversas aplicações na indústria, sendo as principais: tijolos e peças refratárias, catodo de baterias alcalinas, aditivo na re-carburação do ferro e do aço, lubrificantes sólidos ou a base de óleo e água, escovas de motores elétricos, minas de lápis e lapiseiras, gaxetas de vedação, etc.

A grafite é inerte, não é tóxica e ao entrar em contato com a pele e os olhos deve ser lavada apenas com água e sabão.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Liquid method: pure graphene production. Phys.org (May 30, 2010). Retrieved on 2013-04-15. (em inglês)

Ligações externas[editar | editar código-fonte]