Статьи

Дослідницька робота з фізики "Графіт і його фізичні властивості"

Муніципальне освітній заклад

«Красноярська середня загальноосвітня школа №2»

Жирновському муніципального району Волгоградської області

Жирновському муніципального району Волгоградської області

Дослідницька робота

«Графіт його фізичні властивості»

Виконала роботу: Руда Маргарита, 15 років, учениця 10 класу.

Керівник: Бударіна Є.В.,

вчитель фізики.

р.п.Красний Яр

2015р

У елемента номер шість
Переваг дуже багато є:
«Людям я зовсім як брат -
Багато тисяч років тому
Я вже палав у вогнищі,
висвітлюючи інтер'єр
Первісних їх печер,
І прикрасити був я радий
Дам і лицарів наряд,
Що блищали при дворі ...
Якщо м'яким бути вирішу, -
То в зошиті я пишу ».
Така, друзі, природа,
Елемента вуглецю.

Актуальність теми. Ще зовсім недавно, в середині XX графіт знаходив порівняно обмежене застосування в якості матеріалу для електродів, анодів контактних щіток і т.д. Використання графіту в атомній промисловості і ракетній техніці істотно підвищило вимоги до підвищення міцності і термічної стійкості, а головне до відтворюваності його властивостей. Сучасний розвиток технологій призвів до того, що графіт знаходять застосування при створенні нової високотемпературної техніки: в електротехніці для електродів ртутних і електровакуумних ламп, в метрології для створення випромінювачів високотемпературних моделей, що працюють при температурі близько 3000 К, а також в якості матеріалу для нагрівачів. У шкільному ж курсі природничих наук властивості графіту практично не розглядаються. Тому я і вибрала в якості об'єкта свого дослідження саме графіт, його фізичні властивості: вивчити їх теоретично і продемонструвати доступним для школяра способом.

Тема дослідницької роботи: «Графіт і його фізичні властивості».

Мета роботи:

  1. Теоретично вивчити фізичні властивості графіту.

  2. Продемонструвати властивості графіту доступним способом.

База досліджень: лабораторія кабінету фізики МОУ «Красноярська СОШ№2».

Етапи роботи:

  1. Вивчення науково-популярної літератури.

  2. Проведення експерименту - створення лампи розжарювання в домашніх умовах.

  3. Узагальнення і систематизація знань з даного питання.

Узагальнення і систематизація знань з даного питання

Графіт - унікальний самородний мінерал, аллотропная модифікація елемента вуглецю, найбільш стійка в земній корі. Властивості графіту добре вивчені і знаходять широке застосування. Утворюється графіт в результаті вулканічної діяльності при високих температурах, тому і знаходять його в природі в магматичних гірських породах, де вміст кристалічного графіту може доходити до 50%. Зустрічається графіт також спільно з вольфрамітом - в кварценосних жилах, спільно з іншими мінералами - в поліметалічних среднетемпературних родовищах, а в таких метаморфічних породах, як мармур, гнейси, сланці, графіт поширений дуже широко. За допомогою іонної мас-спектрометрії російським вченим вдалося виявити в складі графіту золото, срібло і платиноїди (платина, паладій, іридій, осмій і ін.) У формі металоорганічних нанокластеров. Велике графітове родовище знаходиться в Тунгуський кам'яновугільному басейні, що утворилося в результаті високотемпературного впливу на вугілля - так звана скритокрісталліческая форма графіту, зміст якого лежить в межах від 60 до 80%.

Структура графіту. В кристалічній структурі графіту розрізняються дві її модифікації: гексагональную, або α-модифікції, і ромбоедричних, або β-модифікацію. В альфа-графіті кожен атом вуглецю пов'язаний з трьома сусідніми атомами sp-3-гібридними хмарами, утворюючи кристалічний шар, що складається з правильних шестигранників. Кожен шар утримується з іншим, паралельним йому шаром, за рахунок ван-дер-вальсовскіх сил. Причому, центри шестигранників верхнього і кожного нижнього шарів збігаються, однак шари зміщені відносно один одного на 0,1418 нм в горизонтальному напрямку і в порядку «через один». Шарувата структура пояснює багато властивостей графіту.

α-модифікції граніту β- модифікація графіту
α-модифікції граніту β- модифікація графіту

У бета-графіті атоми шарів пов'язані між собою точно так же, але чергування горизонтального зміщення відбувається через два шари. Ромбоедрична структура вважається нестабільною, що руйнується при температурі понад 2230оС, але в природних графіту з гексагональної структурою зустрічається до 30% β-модифікації графіту.

Фізичні властивості графіту. Колір графіту варіює від залізо-чорного до сталевого сірого з характерним металевим блиском. На дотик мінерал жирний, слизький, бруднить пальці і папір.

На відміну від алмазу має низьку твердістю (1 по шкалою Мооса ). Щодо м'який. Після впливу високих температур стає трохи твердіше, і стає дуже крихким. щільність 2,08-2,23 г / см³. Природний графіт містить 10-12% домішок глин і оксидів заліза. При терті розшаровується на окремі лусочки (це властивість використовується в олівцях ).

Електропровідність графіту в 2,5 рази більше електропровідності ртуті. При температурі 0 град. питомий опір електричному струму знаходиться в межах від 0,390 до 0,602 ом. Низька межа питомого опору для всіх видів графіту однаковий і рівний 0,0075 ом.

Графіт має велику теплопровідність, яка дорівнює 3,55вт * град / см і займає місце між паладієм і платиною. Коефіцієнт теплопровідності 0,041 (в 5 разів більше, ніж у цегли). У тонких графітових ниток теплопровідність вище, ніж у мідних.

Температура плавлення графіту - 3845-3890 С при тиску від 1 до 0,9 атм.

Точка кипіння доходить до 4200 С.

Температура займання в струмені кисню становить для явнокрісталліческіх графітів 700-730С. Кількість тепла, одержуваного при спалюванні графіту, знаходиться в межах від 7832 до 7856 ккал.

Графіт не володіє еластичністю, але тим не менше він може бути підданий резанию і вигинання. Графитовая дріт легко згинається і закручується в спіраль, а при вальцюванні дає подовження близько 10%. Опір на розрив такого дроту дорівнює 2 кг / мм2, а модуль вигину дорівнює 836 кг / мм2.

Коефіцієнт світлопоглинання графіту постійний для всього спектра і не залежить від температури випромінювання тіла; для тонких графітових ниток він дорівнює 0,77, зі збільшенням кристалів графіту светопоглащеніе вже знаходиться в межах 0,52-0,55.

монокристали графіту діамагнітни , магнітна сприйнятливість незначна в базисної площини і велика в ортогональних базисних площинах. Коефіцієнта Холла змінюється з позитивного на негативний при 2400 К.

Після опромінення графіту нейтронами його фізичні властивості змінюються: ρ збільшується, а міцність , Модуль пружності, твердість, теплопровідність зменшуються на порядок. Після відпалу при 1000-2000 ° С властивості відновлюються до колишніх значень.

Жирність і пластичність графіту є найважливішими властивостями, які дають можливість широко застосовувати його в промисловості. Чим вище жирність графіту, тим менше коефіцієнт тертя. Від жирності графіту залежить використання його в якості мастильного матеріалу, а також здатність прилипання до твердих поверхонь.
Завдяки цим властивостям є можливість створювати тонкі плівки при натирання графітом поверхні твердих тіл.

Хімічні властивості графіту. Хімічно інертний і не розчиняється ні в яких розчинниках, крім розплавлених металів, особливо тих, у яких висока точка плавлення. При розчиненні утворюються карбіди, найбільш важливими властивостями яких є карбіди вольфраму, титану, заліза, кальцію і бору.

При звичайних температурах графіт з'єднується з іншими речовинами дуже важко, але при високих температурах він дає хімічні сполуки з багатьма елементами.

Застосування графіту. Технічне застосування мінералу надзвичайно різноманітно й обумовлений властивостями графіту, головним чином його вогнетривкість і електропровідністю. Так, в металургії графіт використовується для виробництва тугоплавких тиглів, чохлів для термопар, ємностей для кристалізації. У ливарному виробництві графітовий порошок використовується в якості антипригарной присипки, а також для змазування ливарних форм. Низький коефіцієнт теплового розширення графіту і пов'язана з цим висока стійкість до температурних напружень, є вирішальним фактором застосування його, як важливого і незамінного допоміжного матеріалу в металообробної, чавуноливарної і сталеливарної промисловості, тобто всюди, де робочі поверхні повинні охоронятися від прямого впливу розплавленого металу. Важливою перевагою при такому використанні є також його несмачиваемость повністю відновленими металами і нейтральними шлаками, міцність при високих температурах. Застосування графіту під час відпливу деталей підвищує якість відливів, зменшує кількість браку, і запобігає утворенню пригару, на видалення якого потрібно великих зусиль і витрати.

З колоїдно-графітових сумішей виготовляють шліфувальні та полірувальні пасти.

Хороші електропровідні властивості графіту дозволяють використовувати його для виробництва електродів і контактів деяких електричних приладів. Крім виробництва олівців, графіт використовується для виготовлення фарб і термостійких мастильних матеріалів, для наповнення пластмас.

Навіть в атомній енергетиці чудові властивості графіту знаходять своє застосування, в першу чергу, це його здатність сповільнювати електрони в реакторах - чистий графіт має низький коефіцієнт поглинання нейтронів і найвищий коефіцієнт уповільнення. У ракетобудуванні сопла ракетних двигунів і багато елементів теплозахисту також виробляються із застосуванням графіту.

Використання графіту засноване на ряді його унікальних властивостей.

  • для виготовлення плавильних тиглів, футеровочних плит - застосування засноване на високій температурній стійкості графіту (за відсутності кисню), на його хімічної стійкості до цілого ряду розплавлених металів

  • електродів , Нагрівальних елементів - завдяки високій електропровідності і хімічної стійкості до практично будь-яких агресивних водних розчинів (набагато вище, ніж у благородних металів).

  • Для отримання хімічно активних металів методом електролізу розплавлених сполук. Зокрема, при отриманні алюмінію використовуються відразу два властивості графіту:

  1. Хороша електропровідність, і як наслідок - його придатність для виготовлення електрода

  2. Газоподібні продукти реакції, що протікає на електроді - це вуглекислий газ. Газоподібні продукти означає, що він виходить з електролізера сам, і не вимагає спеціальних заходів щодо його видалення із зони реакції. Це властивість істотно спрощує технологію виробництва алюмінію.

Це властивість істотно спрощує технологію виробництва алюмінію

висновки:

  1. Графіт - аллотропная модифікація вуглецю, найбільш стійка в земній корі.

  2. Графіт - один з найбільш унікальних природних матеріалів, завдяки своїм фізичним властивостям.

  3. Графіт знаходить широке застосування в техніці, промисловості, ракетобудуванні.

література:

  1. графіт // Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона : У 86 томах (82 т. І 4 доп.). - СПб., 1890-1907.

  2. Бетехтін А. Г. Група вуглецю // Курс мінералогії: навчальний посібник . - М .: КДУ, 2007. - С. 185. - 721 с.

  3. Булах А.Г. Загальна мінералогія. 1999.

  4. Дядін Ю.А. Графіт і його сполуки включення.

Новости

Арт-терапия в педагогике
Ещё в 1927 году германский психиатр А. Кронфельдом смог обосновать необходимость тесноватого взаимодействия психотерапии и педагогики. Свои идеи он выложил в научной статье “Психогогика, или  Психотерапевтическое

Автозапчасти mercedes-benz
С каждым годом растет количество игроков на автомобильном рынке. Японцы, корейцы, китайцы уже становятся законодателями мод на наших дорогах. Но многим автомобилистам по прежнему дороги мерседесы и форды,

Поставки насосного оборудования
Москва, 20 сентября. /ТАСС/. АО "ОКБМ Африкантов" (заходит в машиностроительный дивизион Росатома - "Атомэнергомаш") прошло аудиторскую проверку на готовность к поставке оборудования для нужд "Газпрома",

Купить iPhone 5s
21 марта 2016 года Apple представила усовершенствованную версию пользующегося популярностью телефона купить iPhone 5s — iPhone SE. «В 2-ух словах» разницу меж ними обычно обрисовывают так: снаружи новинка

Массовка для сьемок киев
Приглашаем поучаствовать в увлекательном проекте парней и дам от 16 до 55 лет готовых провести на съемочной площадке оба денька! Оплата настоящая потому что массовка первого плана(вероятны высказывания)Заявки

50 дней хостинга в подарок
Замечательный хостинг, подходит для тех, у кого несколько сайтов, например у нас 5 сайтов и стоимость всего 299 р/месяц. Для тех, у кого один сайт, вообще цена 99 р/месяц. Мне кажется, дешевле уже просто

Купить осаго
Реальным даю согласие ООО «Сравни.ру», место нахождения: 109544, г. Москва, бульвар Энтузиастов, дом 2, 26 этаж, на обработку моих индивидуальных

Создание сайтов
Свой веб-сайт сегодня не роскошь, а средство продвижения продуктов и услуг! Юзеры веба временами заходят на разные веб-сайты, читают, изучают и рассматривают их. Так почему бы эти веб-сайты не будут вашими.

Лодочные моторы в Тольятти
Новый лодочный мотор нуждается в правильной обкатке. Это условие касается и мотора марки “Ветерок” казанского завода и титулованого “Меркурия”, американо-японского производства. От того как лодочный мотор

Заказать Блиц-проект интерьеров любой степени сложности в любом регионе
Настал тот самый страшны момент - необходимость делать ремонт. Жена настаивает категорически. С чего ремонт начинается? С выбора "чего хочу". Как я задолбался кататься по магазинам: Леруа, Очаг, Куприян,