גרפיט

גרפיט (באנגלית: Graphite) הוא אחת מתצורות המוצק של פחמן. האלוטרופים האחרים הם גביש היהלום, הפחם, הפולרן ותצורה מודרנית יותר של צינורית פחמן המופקת בטכניקת ננוטכנולוגיה.

גרפיט

תכונות המינרל
הרכב כימי	פחמן, C
מערך קריסטלוגרפי	הקסגונלי
צורת הגביש	לוחי, עלעלי בעל 6 צלעות.
צבע	שחור פלדה עד אפור כהה.
ברק	מתכתי כהה.
שקיפות	הגבישים אטומים.
פצילות	מושלמת בכיוון אחד.
שבירה	נשבר לפתיתים, מינרל פריך
קשיות	1-2 בסולם מוס
משקל סגולי	2.09–2.23 ג'/סמ"ק
שרטוט	שחור
מידע נוסף	מוליך חשמל
מינרלים נלווים	קוורץ, קלציט, נציץ, טורמלין
סוגים
יהלום	פולימורף נוסף של פחמן

הגרפיט בנוי שכבות-שכבות. שכבה בודדת היא למעשה גרפן

מבט ב"היטל על" של שכבות גרפן בגרפיט. כל אטום פחמן מצוי מול מרכז משושה במישור מקביל.

גרפיט שנוצר כתוצאה מפירוק גלוקוז

מבנה כימי

הגרפיט הוא אחת מצורות האיתינים של פחמן, וכמו היהלום גם הוא סריג אטומרי, אך בשונה ממנו, הגרפיט אינו גביש.

הגרפיט בנוי משכבות, העשויות טבעות בעלות שישה פחמנים (משושה), באופן שכל פחמן מחובר לשלושה פחמנים אחרים בקשרים קוולנטים; אורך הקשר פחמן-פחמן במישור 0.142nm (ננומטר); השכבות מרוחקות אחת מהשנייה 0.335nm ומחוברות ביניהן באמצעות קשרי ואן דר ואלס, מה שגורם לגרפיט להיות רך. בין השכבות מצויים אלקטרונים ניידים (אלקטרון הערכיות הרביעי הלא קושר בקליפה של כל אטום פחמן) ומאפשרים מוליכות חשמלית. השכבות מוסטות זו ביחס לזו, כך שאטום פחמן במישור אחד אינו מעל אטום פחמן במישור השכן. מבחינים בשתי צורות של גרפיט, השונות זו מזו במיקום המישורים זה ביחס לזה. בצורה היציבה - ההקסגונלית – המישורים בסידור ABAB; דהיינו, כל אטום פחמן מצוי מעל מרכז המשושה במישורים השכנים ומול אטום פחמן במישור הבא.

במשך שנים היה ניסיון להפריד את שכבות הגרפיט. רק בשנת 2004 הצליח אנדריי גיים, בשיתוף פעולה עם קונסטנטין נובוסלוב, שניהם פיזיקאים רוסיים מאוניברסיטת מנצ'סטר, לבצע את ההפרדה על ידי עבודה עם רסיסי גרפיט. הם חזרו על הפעולה שוב ושוב, והרסיסים שהתקבלו נעשו דקים יותר ויותר. כשהיו בידי החוקרים רסיסים דקים רבים, הם בחנו בעיון רב את החתיכות, וגילו שעוביין של כמה מהן היה אטום אחד בלבד. יתרונותיו של החומר נעוצים בתכונותיו המיוחדות, ובהן חוזק מיוחד ומוליכות גבוהה אפילו בטמפ' החדר. לחומר הזה של שכבת פחמן בעובי של אטום אחד ניתן השם גְרָפֵן (באנגלית: Graphene).

פרס נובל לפיזיקה לשנת 2010 הוענק לגיים ונובוסלוב על גילוי הגְרָפֵן.

יישומים

• שילוב גרפיט עם חרסית לשימוש בעפרונות.
• מחליפי חום ברכיבי חשמל (מעבדי מחשב) או רדיאטורים של מכוניות ספורט (נאסקאר)
• בכורים גרעיניים נעזרים במוטות גרפיט לשליטה בריאקציה הגרעינית. אטום הפחמן קל מספיק כך שהתנגשות אלסטית בנייטרון מהיר תקטין את מהירותו ומצד שני אין בליעה של נייטרונים בגרעין הפחמן. כך ניתן להאט את הנייטרונים המהירים הנפלטים בביקוע גרעיני ולהגדיל את הסיכוי לבליעה שלהם בגרעיני החומר הבקיע.
• משתמשים בגרפיט בצורת אבקה קרושה בבישול, אמנות ועוד.
• גלולות או אבקות פחם משמשות ברפואה, על-מנת לספוג רעלים וארס ממערכת העיכול.
• שימושים שונים באלקטרוניקה.
• כיום עסוקים מהנדסים במעבדות ברחבי העולם בחקירת הגְרָפֵן, כדי לקבוע אם אפשר לעבדו למוצרים דוגמת מבנים סופר-קשיחים, צגים חכמים, טרנזיסטורים בעלי מהירות-על ומחשבים הפועלים באמצעות מבנים זעירים המכונים נקודות-קוונטיות.
• מחבטי טניס קלי משקל
• עקב רכותו ומוליכותו החשמלית הטובה הגרפיט נמצא בפנטורגף שהוא הפס החשמלי הנוגע בכבלי החשמל התלויים בתחבורה ציבורית חשמלית (אוטובוסים ורכבות)

קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: גרפיט
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: גרפיט

• גרפיט, באתר webmineral
• גרפיט, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)