El grafito ( / ˈ ɡ r æ f aɪ t / ), conocido arcaicamente como plumbago , [6] es una forma cristalina del elemento carbono con sus átomos dispuestos en una estructura hexagonal . Ocurre naturalmente en esta forma y es la forma más estable de carbono bajo condiciones estándar . Bajo altas presiones y temperaturas se convierte en diamante . El grafito se usa en lápices y lubricantes. Es un buen conductor del calor y la electricidad. Su alta conductividad lo hace útil en productos electrónicos comoelectrodos , baterías y paneles solares .
El grafito se produce en las rocas metamórficas como resultado de la reducción de los compuestos de carbono sedimentarios durante el metamorfismo . También ocurre en rocas ígneas y en meteoritos . [5] Los minerales asociados con el grafito incluyen cuarzo , calcita , micas y turmalina . Las principales fuentes de exportación de grafito extraído son, por orden de tonelaje: China, México, Canadá, Brasil y Madagascar. [10]
En los meteoritos , el grafito se presenta con troilita y minerales de silicato . [5] Los pequeños cristales de grafito en el hierro meteorítico se llaman cliftonita . [8] Algunos granos microscópicos tienen composiciones isotópicas distintivas , lo que indica que se formaron antes del Sistema Solar . [11] 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 explotadas o de tamaño bajo a intermedio expulsaron sus envolturas exteriores al final de sus vidas. El grafito puede ser el segundo o tercer mineral más antiguo del Universo. [12] [13]
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 el buckminsterfullereno ). En el diamante, los enlaces son híbridos orbitales sp 3 y los átomos forman tetraedros con cada uno unido a los cuatro vecinos más cercanos. En el grafito son híbridos orbitales sp 2 y los átomos se forman en planos con cada uno unido a los tres vecinos más cercanos separados por 120 grados. [15] [16]
Las capas individuales se llaman grafeno . En cada capa, los átomos de carbono están dispuestos en una red de panal con una longitud de enlace de 0,142 nm y la distancia entre planos es de 0,335 nm. [17] Los átomos en el plano están unidos covalentemente , con solo tres de los cuatro sitios de unión potenciales satisfechos. El cuarto electrón es libre de migrar en el plano, lo que hace que el grafito sea eléctricamente conductor. La unión entre capas se realiza a través de enlaces débiles de van der Waals , que permiten que las capas de grafito se separen fácilmente o se deslicen entre sí. [18] En consecuencia, la conductividad eléctrica perpendicular a las capas es unas 1000 veces menor. [19]
Las dos formas conocidas de grafito, alfa ( hexagonal ) y beta ( romboédrico ), [20] tienen propiedades físicas muy similares, excepto que las capas de grafeno se apilan de manera diferente: el apilamiento en grafito alfa es ABA, en oposición al apilamiento ABC en energíamente menos estables. y grafito beta menos común. [21] La forma alfa se puede convertir en forma beta a través de un tratamiento mecánico y la forma beta vuelve a la forma alfa cuando se calienta por encima de 1300 °C. [22]