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石墨(Graphite),又稱黑鉛(Black Lead),是碳的一種同素異形體(碳的其他同素異形體有很多,為人熟悉的例如鑽石)。作為其中的一種最軟的礦物,石墨不透明且觸感油膩,顏色由鐵黑到鋼鐵灰不等,形狀可呈晶體狀、薄片狀、鱗狀、條紋狀、層狀體,或散布在變質岩(由煤、碳質岩石或碳質沉積物,受到區域變質作用或是岩漿侵入作用形成)之中。化學性質不活潑,具有耐腐蝕性。
結構
石墨具有層狀的平面結構,結構如左圖所示。每層中碳原子都排列成蜂窩狀晶體結構,層內原子間距0.142nm,層間距0.335nm。層內每個碳原子的週邊以共價鍵連結著另外三個碳原子,排列方式呈蜂巢式的多個六邊形,每層間有微弱的范德華力。由於每個碳原子均會放出一個電子,那些電子能夠自由移動,因此石墨屬於導電體。
用途
包括製造鉛筆筆芯和潤滑劑或集電弓上的碳刷條,也可作壓力管式石墨慢化沸水反應爐的中子減速劑。目前主要用途是耐火材料的原材料,尤其是鎂碳磚
自然界自然形成的石墨可分為鱗片石墨和土狀石墨。因晶體結構中存在大量離域電子,石墨可以導電,其與晶體層平行的方向電阻率為(2.5~5.0)×10-6Ω·m,與層垂直的方向電阻率為3×10-3Ω·m。
電解中的惰性電極可以由鉑製作,但由於會受鹵素侵蝕,所以在會產生鹵素(例如:電解食鹽鹽水)的電解時使用石墨替代鉑,作為惰性電極。
存在形式
碳的存在形式是多種多樣的,有晶態單質碳金剛石石墨;有無定形碳;有複雜的有機化合物動植物等;碳酸鹽大理石等。單質碳的物理和化學性質取決於它的晶體結構。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結構不同,各有各的外觀、密度、熔點等。