Graphite

Graphite Catégorie I : Éléments natifs[1]
Graphite natif
Général
Numéro CAS	7782-42-5
Classe de Strunz	1.CB.05a 1 ELEMENTS (Metals and intermetallic alloys; metalloids and nonmetals; carbides, silicides, nitrides, phosphides)  1.C Metalloids and Nonmetals   1.CB Carbon-silicon family    1.CB.05a Graphite C Space Group P 63/mmc Point Group 6/m 2/m 2/m
Classe de Dana	1.3.6.2 Eléments natifs et amalgames 1. Eléments naturels et amalgames 1.3.6.2 Graphite C
Formule brute	C  [Polymorphes]C
Identification
Masse formulaire[2]	12,0107 ± 0,0008 uma C 100 %,
Couleur	gris métallique; gris foncé; noir
Classe cristalline et groupe d'espace	dihexagonale dipyramidale ; P 63/mmc
Système cristallin	hexagonal
Réseau de Bravais	primitif P
Macle	sur {1121}
Clivage	parfait sur {0001}
Cassure	Minéral sectile, conchoïdale, irrégulière
Habitus	massif, très rares cristaux
Faciès	cristaux hexagonaux
Échelle de Mohs	de 1,00 à 2,00
Trait	gris acier; noir
Éclat	métallique; mat
Propriétés optiques
Indice de réfraction	w=1.93-2.07.
Biréfringence	Uniaxial (-)
Fluorescence ultraviolet	aucune
Transparence	opaque
Propriétés chimiques
Masse volumique	2,09–2,23 g·cm-3[3] g/cm³
Température de fusion	Point de sublimation : 3 652 °C[3]. °C
Solubilité	dans l'eau : insoluble[3]
Propriétés physiques
Magnétisme	aucun
Radioactivité	aucune
Précautions
SIMDUT[4]
D2A, D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques mélange non testé pouvant contenir au moins 0,1 % d'un cancérogène (silice cristalline); mélange non testé pouvant contenir au moins 1,0 % d'un produit causant de la toxicité chronique (silice cristalline)
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Cet article est lié aux composés du fer et du carbone

Fer Carbone

Phases

Austénite Bainite Carbure de fer Cémentite Ferrite Graphite Lédéburite Martensite Perlite

Acier

Acier Corten Acier duplex Acier électrique Acier galvanisé Acier inoxydable Acier maraging Acier rapide Désignation normalisée

Autre produits ferreux

Fonte Fer puddlé Fer forgé

Cette boîte : voir • disc. • mod.

Le graphite est une espèce minérale qui est, avec le diamant, la lonsdaléite et la chaoite, l'un des allotropes naturels du carbone. Sa formule chimique est C mais les formes natives permettent de retrouver des traces de H;N;C;O;Si;Al;Fe et d'argile.

Inventeur et étymologie

• A fin du XVIII^e siècle le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele a monté que la plombagine (qu'il utilisait pour écrire) ne contenait pas de plomb et que ce minerai était une forme cristalline particulière du carbone.

• C'est le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner qui a inventé le terme « graphite » en 1789, s'inspirant du grec γράφειν (graphein = écrire).

Gîtologie

• C'est un élément natif qui se trouve surtout dans les sédiments de métamorphisme régional mais, selon les roches, il peut se former aussi à partir du charbon organique, du magma ou par réduction des carbonates.
• Présent dans les météorites.

Cristallographie

• 

  Structure du graphite

• 

  Unité cellulaire

Sa structure est constituée de feuillets hexagonaux non compacts, nommés graphènes, séparés d'environ 0,336 nm le long de la direction de leur normale. Dans chaque feuillet, chaque atome de carbone est fortement lié par des liaisons covalentes de type sigma pour ses 3 électrons sp², et des liaisons covalentes de type π pour son autre électron p, Ces liaisons π sont des liaisons conjuguées avec les trois atomes voisins, les électrons y sont très mobiles ce qui explique la grande conductivité électrique et thermique ainsi que la couleur noir du graphite. Entre les feuillets les liaisons sont faibles de type Liaison de van der Waals, ce qui explique le clivage et la faible dureté.

Propriétés physiques

Le graphite est la forme stable du carbone à température et à pression ordinaires.

L'apparence du graphite est celle d'un solide noir à l'éclat submétallique ; sa dureté est faible, entre 1 et 2 sur l'échelle de Mohs.

À cause de sa structure en feuillets, toutes les propriétés physiques du graphite sont anisotropes. En particulier, la conductivité électrique est très différente dans le plan des feuillets et dans la direction perpendiculaire.

Polytypisme

Le graphite existe en deux polytypes :

• graphite-2H, système cristallin hexagonal, classe cristalline dihexagonale-bipyramidale, groupe d'espace P 6₃/mmc, empilement de type ABAB où le plan B est translaté de $a/\sqrt{3}$ par rapport au plan A. Bien que sa structure soit analogue à celle des métaux qui cristallisent avec empilement hexagonal compact, le graphite est un non-métal. Il possède une certaine conductivité électrique, sa résistivité électrique est de 50 µΩ.m, soit 2900 fois celle du cuivre.
• graphite-3R, trigonal à réseau rhomboédrique, empilement de type ABCABC. La structure rhomboédrique est instable : elle se produit par moulage et disparaît lors d'un recuit. On ne la trouve jamais comme forme pure, mais seulement comme tendance à l’empilement ABC dans les cristaux hexagonaux primaires.

Le charbon existe dans tous les états intermédiaires entre charbon amorphe et graphite hexagonal. On parle de graphite « lubricostratique » (du latin lubricare, « rendre glissant ») quand les couches sont déplacées parallèlement au hasard, et de graphite « turbostratique » (du latin turbo, « tourbillon ») si elles sont aussi tournées au hasard.

Synonymie

• crayon de plomb^[5]
• graphitoid (Shepard)
• mélangraphite^[6]
• mica des peintres^[7]
• mine de plomb^[8]
• plombagine^[9]

Variété

• cliftonite (Fletcher): Octaèdres de graphite en pseudomorphose de kamacite. Cette variété a un temps été considéré comme un allotrope du carbone, voire comme une pseudomorphose après le diamant. Elle se rencontre dans certaines météorites ferreuses.

Utilisations

Le graphite a de nombreuses applications industrielles, sous diverses formes naturelles ou synthétiques :

• construction mécanique : pièces de frottement, joints d'étanchéité, produits lubrifiants ;
• construction électrique : balais de moteurs ;
• comme réducteur, notamment en sidérurgie (coke des hauts-fourneaux) ;
• comme électrode, par exemple en sidérurgie (acier électrique) ;
• comme cathode, par exemple dans l'industrie d'électrolyse de l'aluminium ;
• comme modérateur dans des réacteurs nucléaires ;
• comme adsorbant, dans les filtres à « charbon actif ».
• comme conducteur électrique (Pencil Mod)
• comme échangeur de chaleur pour le traitement d'acide chlorhydrique (fabrication pigment de peinture)

Il est également utilisé en médecine comme absorbant en cas d'intoxication par voie orale et à un usage militaire pour endommager les centrales électriques comme bombe au graphite.

Dans les arts plastiques, il est utilisé pour le dessin. Il sert en particulier à fabriquer des crayons, souvent sous l'appellation incorrecte de « mine de plomb ».

L'utilisation domestique la plus courante est le crayon à papier.

Aussi peut-il être utilisé comme composite d'alliage (Titane / Fibre de verre / Aluminium) dans la fabrication des cadres de raquettes de tennis.

Une forme pyrolytique du graphite est utilisée dans la fabrication de grilles pour les tétrodes de très grande puissance dans le domaine de la radiodiffusion. On peut citer par exemple la tétrode TH539 qui a été utilisée jusqu'en mars 2003 sur l'un des deux blocs émetteurs ondes longues d'Allouis de 1 000 kW.

Notes et références

Sur les autres projets Wikimedia :

• « Le graphite », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)
• « Graphite », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel)
• « Tribologie », sur Wikibooks (livres pédagogiques)

1. ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz.
2. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk
3. ↑ ^{a, b et c} GRAPHITE (NATUREL), fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
4. ↑ « Graphite naturel » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
5. ↑ Pierre-Joseph Buc'hoz - Dictionnaire mineralogique et hydrologique de la France, Volume 3 1774 p.590
6. ↑ Albert Auguste Cochon de Lapparent - Cours de minéralogie 1908 p.737
7. ↑ Auguste Drapiez - Dictionnaire classique des sciences naturelles 1840 p.330
8. ↑ Charles S. Sonnini - Nouveau dictionnaire d'histoire naturelle Volume 20 1818 - p.505
9. ↑ Louis Jacques Thenard - Traité de chimie élémentaire, théorique et pratique, Volume 1 1817 p.378