Grafito ( / ɡ r æ f aɪ t / ), denominado en arcaicamente como grafito , es un cristalino forma del elemento de carbono con sus átomos dispuestos en una estructura hexagonal . Ocurre naturalmente en esta forma y es la forma más estable de carbono en condiciones estándar . Bajo altas presiones y temperaturas, se convierte en diamante . El grafito se utiliza en lápices y lubricantes. Es un buen conductor de calor y electricidad. Su alta conductividad lo hace útil en productos electrónicos como electrodos ,baterías y paneles solares .
El grafito se produce en rocas metamórficas como resultado de la reducción de compuestos de carbono sedimentario durante el metamorfismo . También ocurre en rocas ígneas y en meteoritos . [4] Los minerales asociados con el grafito incluyen cuarzo , calcita , micas y turmalina . Las principales fuentes de exportación de grafito extraído están por orden de tonelaje: China, México, Canadá, Brasil y Madagascar. [8]
En los meteoritos , el grafito se produce con troilita y minerales de silicato . [4] Los pequeños cristales de grafito del hierro meteorítico se denominan cliftonita . [6] Algunos granos microscópicos tienen composiciones isotópicas distintivas , lo que indica que se formaron antes del Sistema Solar . [9] Son uno de los 12 tipos conocidos de minerales que son anteriores al Sistema Solar y también se han detectado en nubes moleculares . Estos minerales se formaron en la eyección cuando las supernovaslas estrellas explosivas o de tamaño bajo a intermedio expulsaron sus envolturas externas al final de sus vidas. El grafito puede ser el segundo o tercer mineral más antiguo del Universo. [10] [11]
El carbono sólido se presenta en diferentes formas conocidas como alótropos según el tipo de enlace químico. Los dos más comunes son el diamante y el grafito (los menos comunes incluyen buckminsterfullereno ). En el diamante, los enlaces son híbridos orbitales sp 3 y los átomos forman tetraedros, cada uno unido a cuatro vecinos más cercanos. En el grafito son híbridos orbitales sp 2 y los átomos se forman en planos con cada uno ligado a tres vecinos más cercanos separados por 120 grados. [13] [14]
Las capas individuales se llaman grafeno . En cada capa, los átomos de carbono están dispuestos en una red en forma de panal con una longitud de enlace de 0,142 nm y la distancia entre planos es de 0,335 nm. [15] Los átomos en el plano están enlazados covalentemente , con solo tres de los cuatro sitios de enlace potenciales satisfechos. El cuarto electrón puede migrar libremente en el plano, lo que hace que el grafito sea conductor de electricidad. La unión entre capas se realiza mediante enlaces débiles de van der Waals , que permiten que las capas de grafito se separen fácilmente o se deslicen entre sí. [16] La conductividad eléctrica perpendicular a las capas es, en consecuencia, unas 1000 veces menor. [17]
Las dos formas conocidas de grafito, alfa ( hexagonal ) y beta ( romboédrico ), [18] tienen propiedades físicas muy similares, excepto que las capas de grafeno se apilan de manera diferente: apilar en grafito alfa es ABA, a diferencia del apilamiento ABC en energéticamente menos estable y grafito beta menos común. [19] La forma alfa se puede convertir en la forma beta mediante un tratamiento mecánico y la forma beta vuelve a la forma alfa cuando se calienta por encima de 1300 ° C. [20]