La grafite è uno degli stati allotropici del carbonio insieme al diamante, grafene, fullerene e nanotubi di carbonio.
È rinvenuta nelle rocce metamorfiche, ignee e nelle meteoriti. Essa è caratterizzata da una struttura stratificata in cui in ogni strato, gli atomi di carbonio legati tra loro con un legame covalente si trovano in un reticolo cristallino detto a nido d'ape.
Struttura della grafite
Ciascun atomo di carbonio è ibridato sp2 ed è legato, tramite legame covalente, ad altri 3 atomi di carbonio tramite legame σ.
L'elettrone non ibridato appartenente all'orbitale p è delocalizzato. Ciò le conferisce una elevata conducibilità elettrica; la grafite è infatti utilizzata negli elettrodi di grafite.
I vari strati sono legati da deboli legami di van der Waals e pertanto la grafite è un materiale tenero in quanto gli strati possono scorrere l'uno rispetto all'altro, con facilità.
Alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 20°C la grafite costituisce la fase termodinamicamente più stabile del carbonio. Tuttavia la velocità di conversione dal diamante alla grafite è del tutto trascurabile. A temperature superiori a 4000 °C il diamante si converte in grafite rapidamente. Per convertire la grafite in diamante occorrono temperature oltre i 1700°C e una pressione di 35 GPa.
Usi
A causa della sua elevata stabilità termica e della sua inerzia chimica è utilizzata nei materiali refrattari. Un esempio sono i mattoni refrattari realizzati insieme all' ossido di magnesio che mostrano:
- alta refrattarietà
- forte resistenza a temperatura elevata
- resistenza alla corrosione
- resistenza alla scheggiatura.
Unitamente all'ossido di zirconio è usata per refrattari usati nelle acciaierie.
È utilizzata nelle matite di cui costituisce l'anima unitamente all'argilla. Quanto più alto è il contenuto di grafite tanto maggiore è morbida la matita e scura la sua traccia.
Reagisce con il vapore acqueo contenuto nell'atmosfera con formazione di un film sottile che riesce a depositare su qualsiasi superficie riducendone l'attrito ed è quindi usata come lubrificante.
Da essa, può essere ottenuto, tramite esfoliazione meccanica, esfoliazione in fase liquida o tramite metodi chimici il grafene materiale oggetto di intendi studi dalle enormi potenzialità.
