Графит реакция с водой

Графит + вода = будущее аккумуляторов

Сочетание двух самых обыкновенных материалов — графита и воды, может позволить создать системы хранения энергии, которые будут не только показывать эффективность сравнимую с литий-ионными аккумуляторами, но и превзойдут их по части таких показателей как скорость перезарядки, которая займет считанные секунды, и срок службы.

Доктор Дэн Ли с кафедры материаловедения университета Монаша в Австралии, и его команда, работают с материалом под названием графен, который может стать основой для создания следующего поколения ультрабыстрых систем хранения энергии.

«Как только мы научимся манипулировать этим материалом, ваш iPhone, к примеру, будет заряжаться всего за несколько секунд или даже быстрее», — сказал доктор Ли.

Графен — это тот же дешевый и широко распространенный графит, используемый в простых карандашах, только толщиной в один атом. В такой форме, данный материал приобретает удивительные свойства.

Графен крепок, химически стабилен, прекрасно проводит электричество и, что важно, имеет чрезвычайно большую площадь поверхности. По словам доктора Ли, эти качества делают графен идеальным кандидатом на роль материала для хранения энергии.

«Причина, по которой графен пока не стал распространен более широко, заключается в том, что эти очень тонкие пленки, собранные в макроструктуру, сразу же объединяются друг с другом, преобразуясь в графит. Когда графен собирается в комки, большая часть площади поверхности теряется, и исчезают его ценные свойства».

Доктор Ли, со своей командой, открыл способ сохранения замечательных свойств отдельных слоев графена. Оказалось, что секрет прост: необходимо всего лишь добавить воды. Влажный графен — в форме геля, приобретает отталкивающие силы между слоями и предотвращает формирование комков и утолщений. Это позволит начать применять данный материал для создания новых технологий.

«Это очень простая техника, которая с легкостью масштабируется. Когда мы ее открыли, то не могли в это поверить. Мы берем два простых, недорогих материала — воду и графит — и создаем новый наноматериал с поразительными свойствами», — сказал доктор Ли.

Графеновый гель значительно превосходит современные углеродные технологии в области устройств хранения энергии, как по количеству хранимого заряда, так и по скорости заряда. По словам доктора Ли, область применения этой новой нанотехнологии простирается далеко за пределы потребительской электроники.

«Высокоскоростные, надежные и недорогие системы хранения энергии являются критически важным компонентом для будущего альтернативной энергетики. Такие системы, являются ключевым элементом, которого не хватает для повсеместного внедрения электрических автомобилей.

«Графеновый гель также может найти применение в мембранах очищения воды, биомедицинских устройствах и датчиках».

Источник

Основные свойства природного графита

Минералы и горные породы / Описание минерала Графит

Графиты — вещества серого цвета с металлическим блеском, аморфного, кристаллического, или волокнистого сложения, жирные на ощупь, удельный вес от 1,9 до 2,6. По внешнему виду графит, имеет металлический свинцово-серый цвет, колеблющейся от серебристого до черного, с характерным жирным блеском.
Поэтому потребители зачастую называют явнокристаллические графиты серебристыми, а скрытокристаллические — черными.

На ощупь графит жирен и отлично пачкается. На поверхностях он легко дает черту от серебристого до черной, блестящей. Графит отличается способностью прилипать к твердым поверхностям, что позволяет создавать тонкие пленки при натирании им поверхностей твердых тел.

Графит представляет собой алоторопную форму углерода, которая характеризуется определенной кристаллической структурой, имеющей своеобразное строение.

В зависимости от структурного строения графиты делятся на:

• явнокристаллические,
• скрытокристаллические,
• графитоиды,
• высокодисперсные графитовые материалы, обычно называемые углями.
  В свою очередь, явнокристаллические графиты по величине и структуре кристаллов делятся на:
• плотнокристаллические (Боготольское месторождение графита),
• чешуйчатые (Тайгинское месторождение графита).

В чешуйчатых графитах кристаллы имеют форму пластинок или листочков. Чешуйки их жирные, пластичные и имеют металлический блеск.

Важнейшие свойства графита

Электрические свойства

Электропроводность графита в 2,5 раза больше электропроводности ртути. При температуре 0 град. удельное сопротивление электрическому току находится в пределах от 0,390 до 0,602 ом. Низкий предел удельного сопротивления для всех видов графита одинаков и равен 0,0075 ом.

Термические свойства

Графит обладает большое теплопроводностью, которая равняется 3,55вт*град/см и занимает место между палладием и платиной.

Коэффициент теплопроводности 0,041( в 5 раз больше, чем у кирпича). У тонких графитовых нитей теплопроводность выше, чем у медных.
Температура плавления графита — 3845-3890 С при давлении от 1, до 0,9 атм.
Точка кипения доходит до 4200 С.
Температура воспламенения в струе кислорода составляет для явнокристаллических графитов 700-730С. Количество тепла, получаемого при сжигании графита, находится в пределах от 7832 до 7856 ккал.

Магнитные свойства

Графит считается диамагнитным.

Растворимость графита

Химически инертен и не растворяется ни в каких растворителях, кроме расплавленных металлов, особенно тех, у которых высокая точка плавления. При растворении образуются карбиды, наиболее важными свойствами которых являются карбиды вольфрама, титана, железа, кальция и бора.
При обычных температурах графит соединяется с другими веществами весьма трудно, но при высоких температурах он дает химические соединения со многими элементами.

Упругость графита

Графит не обладает эластичностью, но тем не менее он может быть подвергнут резанию и изгибанию. Графитовая проволока легко сгибается и закручивается в спираль, а при вальцевании дает удлинение около 10%. Сопротивление на разрыв такой проволоки равно 2 кг/мм 2 , а модуль изгиба равен 836 кг/мм2.

Оптические свойства

Коэффициент светопоглощения графита постоянен для всего спектра и не зависит от температуры лучеиспускания тела; для тонких графитовых нитей он равен 0,77, с увеличением кристаллов графита светопоглащение уже находится в пределах 0,52-0,55.

Жирность и пластичность графита являются важнейшими свойствами, которые дают возможность широко применять его в промышленности. Чем выше жирность графита, тем меньше коэффициент трения. От жирности графита зависит использование его в качестве смазочного материала, а также способность прилипания к твердым поверхностям.

Благодаря этим свойствам имеется возможность создавать тонкие пленки при натирании графитом поверхности твердых тел.

Низкий коэффициент теплового расширения графита и связанная с этим высокая стойкость к температурным напряжениям, является решающим фактором применения его, как важного и незаменимого вспомогательного материала в металлообрабатывающей, чугунолитейной и сталелитейной промышленности, т.е. всюду, где рабочие поверхности должны предохраняться от прямого воздействия расплавленного металла. Важным преимуществом при таком использовании является также его несмачиваемость, полностью восстановленными металлами и нейтральными шлаками, прочность при высоких температурах. Применение графита при отливе деталей повышает качество отливов, уменьшает количество брака, и предупреждает образование пригара, на удаление которого требуется большие усилия и затраты.

Сырые литейные формы и стержни покрываются слоем сухого графитового порошка. Чистый графит имеет низкий коэффициент поглощения нейтронов и самый высокий коэффициент замедления, благодаря чему он незаменим в атомных реакторах. Без графитовых электродов немыслимо развитие черной и цветной, химической промышленности.

Графит прекрасный футеровочный материал электролизеров для получения алюминия. Углеродосодержащие материалы применяются для строительства электропечей и других тепловых агрегатов.

Из графита готовятся тигли, лодочки для производства сверхтвердых сплавов.
В химической промышленности материалы из графита незаменимы для производства теплообменников, работающих в агрессивных средах.

А так же для изготовления нагревателей, конденсаторов, испарителей, холодильников, скрубберов, дистилляционных колонн, форсунок, сопел, кранов, деталей для насосов, фильтров.
Отечественная промышленность в большом ассортименте выпускает графитовые электрощетки для различных электрических машин, электрические осветительные угли для прожекторов и для демонстрации и съемок кинофильмов, элементные — гальванических батарей, сварочные и для спектрального анализа, изделия для электровакуумной техники и техники связи.

В машиностроении графит используется как антифрикционный материал для подшипников, колец трения, торцевых и поршневых уплотнений, подпятников.

Источник

Основные свойства и реакции графита

Реагенты	Т*,К	Результаты реакции
Кислород	>720	С02, СО
Водород	1200. 1300	метан (с катализатором)
Водород	>2300	ацетилен (следы)
Фтор	1200.. .2100	CF4 (4-фтористый углерод)
Азот	до 3300	не взаимодействует
Пары воды	700	графитовая окись
50 % КОН	>700	разрушение графита
Металлы	> 1800	карбиды металлов
Оксиды металлов	>1800	оксиды металлов

*Т — температура.

В последние годы были созданы волоконные угольные сорбен­ты, а на их основе — специальные ткани, войлок и т. п. В ракетной технике благодаря применению сорбентов, принятию других мер, удалось создать «чистую» атмосферу, свободную от паров компо­нентов топлива и газоотделений неметаллических материалов в от­секах ракет и транспортно-пусковых контейнерах. В связи с повы­шением рабочих температур в ракетной и ядерной технике, энерге­тике, металлургии особое значение приобрели карбиды многих ту­гоплавких металлов. Этому будет посвящена отдельная глава.

Из табл. 17 видно, что углерод реагирует с металлами и неме­таллами, т. е. обладает амфотерными свойствами. Это обуслов­лено наличием 4-х электронов на внешней оболочке на подуров­нях 2s 2 и 2р 2 .

Некоторые авторы склонны отнести графит к полуметаллам(Ш, As, Sb, Те и др.), которые близки по свойствам к обычным метал­лам, но обладают в 10 2 . 10 5 раз меньшей электропроводностью, сильно зависящей от воздействия электрических и магнитных полей (термоэлектричество, термомагнитное охлаждение). Графит же об­ладает металлической электропроводностью и теплопроводностью.

Дата добавления: 2015-07-10 ; просмотров: 2454 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Информмация

В промышленности используется натуральный графит, а также искусственные разновидности этого материала. Широкий спектр его применения обусловлен уникальными физико-химическими свойствами, которые могут несколько отличаться для различных марок и видов графита.

ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРАФИТА:

• Теплопроводность;
• Электропроводность;
• Расширение под воздействием тепла;
• Прочность;
• Растворяемость;
• Смачиваемость;
• Анизотропия свойств.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГРАФИТА:

• Натуральные виды этого материала отличаются высокой теплопроводностью (по данному показателю многие металлы проигрывают графиту). На нее влияет температура конечной обработки конкретной марки графита, однако средний показатель составляет 3,55 вт*градус/см, а коэффициент теплопроводности – 0,041. Необходимо отметить, что тонкие графитовые нити проводят тепло лучше, чем медные аналоги.
• При давлении 0,9-1 атмосфера графит закипает, достигая температуры 4200 градуса, а плавится при 3845-3890 градусах.
• Воспламеняются кристаллические разновидности материала в кислородной струе при 700-730 градусах Цельсия.
• Сжигание графита выделяет достаточное количество тепла – до 7856 ккал.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛА

Графит отлично проводит электричество – по этому показателю он превосходит, например, ртуть. Нагревание минерала способствует улучшению проводимости электрического тока. Таким образом, у минерала отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При 0 градусов он находится в диапазоне 0,39-0,602 ом. Что касается предела удельного сопротивления – он одинаковый для всех видов материала и составляет 0,0075 Ом. Этими свойствами объясняется широкое использование графита в электрометаллургии.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ

Этот показатель очень зависит от структуры и типа материала: у явнокристаллического и чешуйчатого графитов он ощутимо отличается. Играет роль также температура и анизотропия минерала.

ПРОЧНОСТЬ

Еще одна характеристика, выделяющая графит среди прочих природных минералов. Она меняется в зависимости от температуры. У большинства марок (включая искусственные виды материала) при нагревании возрастает предел прочности при изгибе, сжатии и растяжении (до двух раз). Максимум достигается при 2200-2800 градусах. Если же температура поднимается выше 3000 градусов, прочностные характеристики стремительно падают.

Самой высокой прочностью отличается рекристаллизованный материал.

РАСТВОРЯЕМОСТЬ

Минерал практически не растворяется в растворителях неорганического либо органического происхождения. При комнатной температуре не происходит окисления.

СМАЧИВАЕМОСТЬ

Графит практически не смачивается расплавленным стеклом, а также большинством расплавленных металлов.

АНИЗОТРОПИЯ СВОЙСТВ

Поскольку характеристики различных марок графита отличаются, на них влияет способ прессования, для искусственных видов – ориентация коксовых зерен.

Графит достаточно пластичен, легко поддается механической обработке. Разные виды отличаются по уровню жирности, благодаря чему используется в качестве смазки. Необходимо отметить и еще одну особенность чистых видов этого материала: графит отличается наиболее высоким коэффициентом замедления и низким показателем поглощения нейтронов.

Источник

Углерод

Углерод

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 2 :

• C — 2s 2 2p 2
• Si — 3s 2 3p 2
• Ge — 4s 2 4p 2
• Sn — 5s 2 5p 2
• Pb — 6s 2 6p 2

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

• Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
• MgCO₃ — магнезит
• CaCO₃ — кальцит (мел, мрамор)
• CaCO₃*MgCO₃ — доломит

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

Химические свойства

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

2С + O₂ → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

С + O₂ → (t) CO₂ (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

Реакции с металлами

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

Ca + C → CaC₂ (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al₄C₃ (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO₂ + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

Реакции с кислотами

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

Оксид углерода II — СO

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO₂

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Оксид углерода IV — CO₂

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H₂CO₃. Бесцветный газ, без запаха.

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

Реакции с основными оксидами и основаниями

В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

KOH + CO₂ → KHCO₃ (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

Zn + CO₂ → (t) ZnO + CO

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.

Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H₂CO₃ — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

Li₂CO₃ + CO₂ + H₂O → LiHCO₃ (средняя соль + кислота = кислая соль)

Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

Нагревание солей угольной кислоты

При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник