grafite

Minerale costituito da carbonio esagonale contenente spesso impurità varie, di colore grigio scuro; tenero (grado 1 di durezza della scala di Mohs) e untuoso al tatto, con sfaldatura facile e perfetta; buon conduttore dell’elettricità e del calore, non fonde sino a oltre 3000 °C. La g., naturale o artificiale, presenta una notevole anisotropia nelle proprietà di trasporto: la conduttività elettrica, e così quella termica, è molto maggiore se misurata parallelamente ai piani di sfaldatura che non ortogonalmente a essi. Sia le proprietà di sfaldatura, sia l'anisotropia ora accennata sono in relazione con la struttura cristallina, che è a strati di anelli benzenici, legati da deboli forze di van der Waals, il che spiega la facile sfaldabilità, mentre la presenza su questi strati di orbitali e delocalizzati spiega l'anisotropia elettrica e termica. Rara in laminette a contorno esagonale, per lo più in masse scagliose, compatte, bacillari, si trova molto pura in Siberia (Irkutsk), nello Sri Lanka, nello Stato di New York ecc. Impura di minerali litoidi, costituenti gli scisti grafitici, si trova in Italia, nelle Valli del Chisone e del Pellice (Alpi Cozie) e nella Valle della Bormida di Millesimo (Alpi Marittime), in Baviera (Passau), in Inghilterra (Barrowdale) ecc.

La g. risulta costituita di cristalli tabulari formati da strati paralleli di atomi di carbonio i quali sono disposti secondo strutture esagonali. La distanza e quindi le forze di legame fra atomo e atomo di carbonio sul piano sono diverse da quelle fra piano e piano e gli atomi di carbonio dei vari piani non risultano esattamente sovrapposti, ma sensibilmente sfalsati. Mentre fra gli atomi di uno stesso piano si hanno legami forti, fra quelli di piani diversi si hanno legami deboli, ciò che spiega la sfaldabilità, le caratteristiche lubrificanti ecc. La g. presenta la singolare proprietà che le sue caratteristiche meccaniche aumentano con la temperatura (per es., la resistenza a trazione a 2500 °C è dal 50% al 100% più alta di quella a temperatura ambiente). La g. è uno dei materiali chimicamente più stabili; resiste all’attacco, a freddo e a caldo, della maggior parte delle sostanze chimiche: si ossida soltanto con acido nitrico e con clorato di potassio, a caldo, dando acido grafitico, che può poi trasformarsi in acido mellitico.

La g. può anche ottenersi per via sintetica (grafite artificiale o elettrografite), sottoponendo a riscaldamento a elevate temperature materiali carboniosi; di solito si parte da antracite, carbone di legna, coke metallurgico, coke di petrolio (quest’ultimo sempre più impiegato), preliminarmente sottoposti a una calcinazione, a temperature di 1200-1300 °C, così da eliminare praticamente tutte le sostanze volatili presenti. La calcinazione si esegue in genere in forni rotativi riscaldati con gas caldi o in forni elettrici. Al materiale, dopo raffreddamento e polverizzazione, si aggiunge un legante, per lo più costituito da pece residuata della distillazione del catrame di carbon fossile.

Per l’inerzia chimica, per le caratteristiche termiche (buona conduttività, resistenza agli sbalzi di temperatura) ed elettriche, per le proprietà meccaniche ad alte temperature, la g. trova numerose applicazioni in elettrotecnica (per es., spazzole per motori elettrici), in metallurgia (per es., elettrodi per forni elettrici, crogioli refrattari), nell’industria aerospaziale (per es., ugelli di scarico di endoreattori), nell’industria chimica (per es., scambiatori di calore e recipienti di reazione); mescolata con caolino, s’impiega per la fabbricazione di matite; è componente essenziale di vernici antiossidanti e di miscele lubrificanti; sotto forma di anelli è adottata in dispositivi di tenuta; trova impiego anche in galvanoplastica per costituire strati conduttori. La g. naturale è più tenera e ha struttura tabulare più sviluppata di quella artificiale ed è per questo che viene preferita in talune applicazioni (matite, crogioli, vernici, lubrificanti, galvanoplastica).

La grafitazione è il processo di tipo metamorfico in seguito al quale il carbonio dei carboni fossili si trasforma in grafite. Si ottiene anche arti;ficialmente riscaldando il materiale carbonioso a temperature di 1500-3000 °C. La g., sotto forma di fibre ottenute da fibre di carbonio sottoposte a grafitazione a 2600-3000 °C in gas inerte, è costituente di materiali compositi.