Подумай благодаря какому свойству графит идет на изготовление карандашей

Графи́т (от др.-греч. γράφω «записывать, писать») — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Слои кристаллической решётки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический). Слои слабоволнистые, почти плоские, состоят из шестиугольных слоёв атомов углерода. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые. Образует листоватые и округлые радиально-лучистые агрегаты, реже — агрегаты концентрически-зонального строения. У крупнокристаллических выделений часто треугольная штриховка на плоскостях (0001). Природный графит имеет разновидности: плотнокристаллические (жильный), кристаллический(чешуйчатый), скрытокристаллический (аморфный, микрокристаллический) и различается по размерам кристаллов.

История[править | править код]

Графит известен с древних времён, однако точных сведений об истории его использования получить не удаётся из-за сходства красящих свойств с другими минералами, например, молибденитом. Одним из наиболее ранних свидетельств применения графита является глиняная посуда культуры Боян-Марица (4000 лет до н. э.), раскрашенная с помощью этого минерала[1]. Название «графит» предложено в 1789 году Абраамом Вернером, встречаются также названия «чёрный свинец» (англ. black lead), «карбидное железо», «серебристый свинец»[2].

Впервые в России графит был открыт в 1826 году в Златоустовском округе на Урале.

Физические свойства[править | править код]

Хорошо проводит электрический ток. Обладает низкой твёрдостью (1 по шкале Мооса). Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного более твёрдым и очень хрупким. Плотность 2,08—2,23 г/см³. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10—12 % примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).

Теплопроводность графита от 100 до 354,1 Вт/(м·К), зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры[3].

Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна, в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300—1300 К, причём положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.

Коэффициент теплового расширения графита до 700 К отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение с повышением температуры уменьшается. Выше 700 К коэффициент теплового расширения становится положительным. В направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, коэффициент теплового расширения положителен, практически не зависит от температуры и более чем в 20 раз выше среднего абсолютного значения для базисных плоскостей.

Теплоёмкость графита в диапазоне температур 300÷3000 К хорошо согласуется с дебаевской моделью[4]. В высокотемпературной области после Т>3500K наблюдается аномальное поведение теплоёмкости графита аналогично алмазу: экспериментальные данные по теплоёмкости резко отклоняются вверх от нормальной (дебаевской) кривой и аппроксимируются экспоненциальной функцией[5][6][7], что обуславливается больцмановской компонентой поглощения тепла кристаллической решеткой[8].

Пределы температуры плавления — 3845—3890 °C, кипение начинается при 4200 °C[источник не указан 337 дней]. Во время сжигания 1 кг графита выделяется 7832 ккал тепла.

Монокристаллы графита диамагнитны, магнитная восприимчивость незначительна в базисной плоскости и велика в ортогональных базисным плоскостях. Коэффициента Холла меняется с положительного на отрицательный при 2400 К.

Химические свойства[править | править код]

Со многими веществами (щелочными металлами, солями) образует соединения включения.

Реагирует при высокой температуре с кислородом, сгорая до углекислого газа. Фторированием в контролируемых условиях можно получить (CF)x.

В неокисляющих кислотах не растворяется.

Структура[править | править код]

Каждый атом углерода ковалентно связан с тремя другими окружающими его атомами углерода.

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m).
Различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтобы показать его слоистую структуру.

β-графит в чистом виде не наблюдается, так как является метастабильной фазой. Однако, в природных графитах содержание ромбоэдрической фазы может достигать 30 %. При температуре 2500-3300 К ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.

Условия нахождения в природе[править | править код]

Сопутствующие минералы: пирит, гранаты, шпинель.
Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических горных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных
полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах — кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн, Курейское месторождение скрытокристаллического (аморфного) графита, Ногинское месторождение (в настоящее время не разрабатывается). Акцессорный минерал метеоритов.
С помощью ионной масс-спектрометрии российским учёным удалось обнаружить в составе графита золото, серебро и платиноиды (платина, палладий, иридий, осмий и проч.) в форме металлоорганических нанокластеров.

Искусственный синтез[править | править код]

Искусственный графит получают разными способами:

Ачесоновский графит: нагреванием смеси кокса и пека до 2800 °C;.
Рекристаллизованный графит: термомеханической обработкой смеси, содержащей кокс, пек, природный графит и карбидообразующие элементы.
Пиролитический графит: пиролизом из газообразных углеводородов при температуре 1400—1500 °C в вакууме с последующим нагреванием образовавшегося пироуглерода до температуры 2500—3000 °C при давлении 50 МПа (образовавшийся продукт — пирографит; в электротехнической промышленности применяется наименование «электрографит»).
Доменный графит: выделяется при медленном охлаждении больших масс чугуна.
Карбидный графит: образуется при термическом разложении карбидов.

Переработка[править | править код]

Переработкой графита получают различные марки графита и изделия из них.

Товарные сорта графита получают обогащением графитовых руд. В зависимости от степени очистки графитовые концентраты классифицируют на промышленные марки по областям применения, каждая из которых выдвигает специфические требования к физико-химическим и технологическим свойствам графитов.

В свете последних открытий российских учёных появилась перспектива получения из графитовых руд золота и платиноидов.

Переработка графита в терморасширенный графит[править | править код]

На первом этапе исходный кристаллический графит окисляют. Окисление сводится к внедрению молекул и ионов серной или азотной кислоты в присутствии окислителя (пероксид водорода, перманганат калия и др.) между слоями кристаллической решетки графита. Окисленный графит отмывают и сушат. Затем окисленный графит подвергают термообработке до Т=1000 °C со скоростью 400—600 °C/с. Благодаря чрезвычайно высокой скорости нагрева происходит резкое выделение газообразных продуктов разложения внедренной серной кислоты из кристаллической решетки графита. Газообразные продукты создают большое (до 300—400 атм) расклинивающее давление в межкристаллитном пространстве, при этом образуется терморасширенный графит, отличающийся высокой удельной поверхностью и низкой насыпной плотностью. В полученном материале остается некоторое количество серы при применении сернокислой технологии. Далее полученный терморасширенный графит прокатывают, иногда армируют, добавляют присадки и прессуют для получения изделий.

Переработка графита для получения различных марок искусственного графита[править | править код]

Для производства искусственного графита используют в основном нефтяной кокс как наполнитель и каменноугольный пек как связующее. Для конструкционных марок графита в качестве добавок к наполнителю применяют природный графит и сажу. Взамен каменноугольного пека как связующего или пропитывающего вещества используют некоторые синтетические смолы, например, фурановые или фенольные.

Производство искусственного графита складывается из следующих основных технологических этапов:

подготовки кокса к производству (предварительного дробления, прокаливания, размола и рассева кокса по фракциям);
подготовки связующего;
приготовления углеродной массы (дозировки и смешивания кокса со связующим);
формования так называемых «зелёных» (необожжённых) заготовок в глухую матрицу или через мундштук прошивного пресса;
обжига заготовок;
графитации заготовок;
механической обработки заготовок до размеров изделий.

Кокс дробят до величин кусков 30—40 мм, затем прокаливают в специальных прокалочных печах при 1300 °C. При прокаливании достигается термическая стабильность кокса, уменьшается содержание в нём летучих веществ, увеличиваются его плотность, электро- и теплопроводность. После прокаливания кокс размалывают до необходимой крупности. Порошки кокса дозируют и смешивают с пеком в смесильных машинах при 90—130 °C.

В смесильную машину вначале загружают сухие компоненты, а затем добавляют жидкий пек. После смешивания массу равномерно охлаждают до температуры прессования (80—100 °C). Заготовки прессуют или методом выдавливания массы через мундштук, или в пресс-форме. При прессовании холодных порошков изменяют технологию подготовки помола и смешения.

Для карбонизации связующего и скрепления отдельных зёрен в монолитный материал заготовки обжигают в многокамерных газовых печах при температуре 800—1200 °C. Продолжительность цикла обжига (нагрев и охлаждение) составляет 3-5 недель в зависимости от размера и плотности заготовок. Графитация — окончательная термическая обработка — превращает углеродный материал в графит. Графитацию проводят в печах сопротивления Ачесона или в печах прямого нагрева Кастнера при температурах 2400—3000 °C. При графитировании углеродистых нефтяных заготовок идет процесс укрупнения кристаллов углерода. Из мелкокристаллического «аморфного» углерода получается крупнокристаллический графит, атомная решетка которого ничем не отличается от атомной решетки природного графита.

Некоторые изменения технологического процесса получения искусственного графита зависят от требуемых свойств конечного материала. Так, для получения более плотного материала углеродные заготовки пропитывают (после обжига) в автоклавах один или несколько раз пеком с последующим обжигом после каждой пропитки и графитацией в конце всего технологического процесса. Для получения особо чистых материалов графитацию проводят одновременно с газовой очисткой в атмосфере хлора.

Переработка графита для получения композиционных материалов[править | править код]

Антифрикционные углеродные материалы изготавливают следующих марок: обожженный антифрикционный материал марки АО, графитированный антифрикционный материал марки АГ, антифрикционные материалы, пропитанные баббитом, оловом и свинцом марок АО-1500Б83, АО 1500СО5, АГ-1500Б83, АГ-1500СО5, Нигран, Химанит и графитопластовые материалы марок АФГМ, АФГ- 80ВС, 7В-2А, КВ, КМ, АМС.

Антифрикционные углеродные материалы изготавливают из непрокаленного нефтяного кокса, каменноугольного пека с добавкой природного графита. Для получения плотного непроницаемого антифрикционного материала применяют пропитку его металлами. Таким методом получают антифрикционные материалы марок АГ-1500 83, АГ-1500СО5 АМГ-600Б83, АМГ-600СО5 и им подобные. Допустимая рабочая температура на воздухе и в газовых средах, содержащих кислород для АО — 250—300 °C, для АГ — 300 °C (в восстановительных и нейтральных средах 1500 и 2500 °C соответственно). Углеродные антифрикционные материалы химически стойки во многих агрессивных газовых и жидких средах. Они стойки почти во всех кислотах (до температуры кипения кислоты), в растворах солей, во всех органических растворителях и ограниченно стойки в концентрированных растворах едких щелочей.

Графит как золотосодержащее сырьё[править | править код]

Содержание найденного с помощью ионной масс-спектрометрии золота до десятков раз превышает содержание, выявляемое ранее при помощи химического анализа. В изученных российскими учёными пробах графита содержание золота было до 17,8 г/т — это уровень богатых золотых приисков.
О перспективности добычи золота из графитовых руд говорит то, что графитовые месторождения данного типа (позднедокембрийского-раннепалеозойского возраста) широко распространены и в России, и в мире. Они есть в Европе, США, Австралии, Африке — в сущности, легче перечислить где их нет. При этом практически все они когда-то разрабатывались, а сегодня находятся в хорошо обжитых местах, с развитой инфраструктурой, в том числе промышленной. Следовательно, для запуска добычи в них золота и других благородных металлов не нужно затевать стройку на пустом месте, не нужно бороться с суровыми условиями заполярной тундры или пустыни. Это облегчает, ускоряет, а главное, удешевляет производство[9].

Применение[править | править код]

Сувенирный графитовый блок.

Использование графита основано на ряде его уникальных свойств.

для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов.
электродов, нагревательных элементов — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов).
Для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:

Хорошая электропроводность, и как следствие — его пригодность для изготовления электрода
Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде — это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.

твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках.
наполнитель пластмасс.
замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.
компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином).
для получения синтетических алмазов.
в качестве эталона длины нанометрового диапазона для калибровки сканеров сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа.[10][11]
для изготовления контактных щёток и токосъёмников для разнообразных электрических машин, электротранспорта и мостовых подъёмных кранов с троллейным питанием, мощных реостатов, а также прочих устройств, где требуется надёжный подвижный электрический контакт.
для изготовления тепловой защиты носовой части боеголовок баллистических ракет и возвращаемых космических аппаратов.
как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеёв.

Примечания[править | править код]

↑ Boardman, John. The Cambridge ancient history. — Vol. 3. — P. 31—32. — ISBN 0521224969. Архивная копия от 24 декабря 2013 на Wayback Machine
↑ Углерод — статья из энциклопедии «Кругосвет»
↑ Графит. Справочный материал
↑ Малик В. Р., Ефимович Л. П. Термодинамические функции алмаза и графита в интервале температур 300÷3000 К.//Сверхтвёрдые материалы, 1983, № 3, с. 27—30.
↑ Hove J.E. Some physical properties of graphite as affected by high temperature and irradiation.//in: Proc.First SCI Conf. on Indastrial Carbons and Graphites (Soc.Chem.Ind.,London.,1958, p.501-507)
↑ Rasor N.S., Mc Clelland J.D.J. //J.Phys.Chem.Solids, 1960, v.15, № 1—2, p. 17—20
↑ Sheindlin A.Ye., Belevich I.S., Kozhevnikov I.G.//Physics of Heat at High Temperatures, 1972, 10, p.907
↑ Андреев В. Д. Избранные проблемы теоретической физики. — Киев: Аванпост-Прим,. — 2012.
↑ Нам нано золото: российские учёные открыли новый вид месторождений золота | Нанотехнологии Nanonewsnet. www.nanonewsnet.ru. Дата обращения 1 декабря 2015.
↑ R. V. Lapshin. Automatic lateral calibration of tunneling microscope scanners (итал.) // Review of Scientific Instruments (англ.)русск. : diario. — USA: AIP, 1998. — V. 69, n. 9. — P. 3268—3276. — ISSN 0034-6748. — doi:10.1063/1.1149091.
↑ R. V. Lapshin. Drift-insensitive distributed calibration of probe microscope scanner in nanometer range: Real mode (англ.) // Applied Surface Science : journal. — Netherlands: Elsevier B. V., 2019. — Vol. 470. — P. 1122—1129. — ISSN 0169-4332. — doi:10.1016/j.apsusc.2018.10.149.

Литература[править | править код]

Графит / Р. В. Лобзова // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
Яковлев В. А. Графит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, Jr. (1985) Manual of Mineralogy: after Dana 20th ed. ISBN 0-471-80580-7
Бетехтин А. Г. Группа углерода // Курс минералогии: учебное пособие. — М.: КДУ, 2007. — С. 185. — 721 с.
Веселовский В. С. Графит. — 2 изд.. — М.: Металлургия, 1960. — 180 с.

Ссылки[править | править код]

Российские учёные открыли новый вид месторождений золота
о минерале графит на «Каталоге Минералов»
The Graphite Page (англ.)
Mineral galleries (англ.)
Графит в базе webmineral.com (англ.)
Mindat w/ locations (англ.)
Manufacturing artificial graphite (англ.)

Источник

ПРОСТОЙ ЛИ ПРОСТОЙ КАРАНДАШ?

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Не похож на человечка, но имеет он сердечко, И работе круглый год он сердечко отдает. Чертят им или рисуют. Грифель по листку танцует. Он большой помощник наш, и зовётся … КАРАНДАШ.

1. Введение

Простой карандаш. Вот он лежит перед нами на столе. В нём нет ничего необычного или непостижимого, но, тем не менее, без него в повседневной жизни не обойтись. Он нужен всем и всегда, им можно писать, штриховать, обводить, линовать, рисовать, а главное – с ним можно проводить эксперименты!

Актуальность: я посмотрел фильм «Красная палатка» (выпуск 1939 год), в котором радист потерпевшего крушение дирижабля «Италия», Джузеппе Бьяджи, пытается восстановить радиосвязь и чинит рацию при помощи простого карандаша.

И я решил проверить, действительно ли грифель карандаша можно использовать в качестве проводника электрического тока.

Объект исследования: простой карандаш и материал для его изготовления – графит.

Предмет исследования: физические и химические свойства графита, который входит в состав карандаша.

Цель работы:

раскрыть свойства и возможности простого карандаша.
исследовать физические и химические свойства грифелей простых карандашей.

Задачи:

изучить виды, свойства карандаша и материала — графита;
провести анкетирование и опрос с целью определения знаний о карандаше у детей и взрослых;
создать компьютерную презентацию и лепбук « Простой карандаш».

Гипотеза:

Стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе (жаль, что в космосе проверить не сможем!), которые имеют большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

Методы исследования:

1. Теоретическое изучение информации.

2. Практические:

наблюдение,
опыты,
анкетирование,
анализ.

2. Основная часть

ГРАФИТ — аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая при обычных условиях. Графит — распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита.

Свойства

Графит — жирное на ощупь вещество черного или серо-черного цвета с металлическим блеском.

Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%. Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь – так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%.

Физические свойства графитаЦвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах.По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен. Его теплопроводность зависит от степени нагрева. Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания — 38500С.

Химические свойства графитаГрафит химически малоактивен: в кислотах не растворяется, с некоторыми солями и щелочными металлами образует соединения наподобие включений. С кислородом воздуха реагирует только при очень высокой температуре, образуя углекислый газ. Графит весьма инертен при нормальных условиях. Окисляется кислородом воздуха до углекислого газа выше 400 °С. Температура начала реакций тем выше, чем совершеннее кристаллическая структура графита.

Применение графита

Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью. Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации. В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм. Он также служит для изготовления электродов и нагревательных элементов электрических печей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях, самосмазывающихся подшипников и колец электромашин, вкладышей для подшипников скольжения, втулок для поршневых штоков, уплотнительных колец для насосов и компрессоров, как смазка для нагретых частей машин и установок.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах.

После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: удельное электрическое сопротивление увеличивается, а прочность, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при 1000-2000 °С свойства восстанавливаются до прежних значений.

В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита.

Его используют в химическом машиностроении — для изготовления теплообменников, трубопроводов, запорной арматуры, деталей центробежных насосов и для работы с активными средами. Графит используют также как наполнитель пластмасс, компонент составов для изготовления стержней для карандашей, при получении алмазов.

3. Поисковая часть

3.1. Опыты

Опыт №1 «Изучение твёрдости простых карандашей»

Мы взяли три карандаша различной твёрдости 2Т, ТМ, М. Начертили каждым линию, а затем стёрли линии ластиком. Лучше всех стирается карандаш 2Т, а хуже всех – карандаш М, так как он глубже проникает в волокна бумаги.

Вывод: грифель карандаша — это специально обработанная смесь графита, глины, воска. Твёрдость грифелю обеспечивает глина. Когда мы рисуем, происходит расслоение кристаллической решётки графита и его атомы ложатся на поверхность шестиугольными плоскостями, чем больше в стержне графита, тем мягче грифель карандаша. В самих слоях атомы находятся близко друг к другу и поэтому очень тесно связаны. А вот между слоями расстояние больше, и держатся они друг за дружку не так сильно. Поэтому, когда проведешь карандашом по бумаге, слои легко отрываются и остаются на листе. Стереть карандаш резиновым ластиком легко потому, что при механическом воздействии (трении) возникают силы взаимодействия между молекулами резины и графита и, в то же время, разрываются силы, сцепляющие частички

графита. В результате ластик просто-напросто вытаскивает молекулы графита из бумаги.

Опыт №2 «Изучение свойств грифеля простого карандаша при низкой температуре»

Мы решили проверить, будет ли простой карандаш писать при низкой температуре. Для этого в морозильную камеру (где температура -18˚С) положили на 1 час простые карандаши и ручки. Когда мы достали из камеры холодильника ручки и попробовали ими писать, то они не писали, а образцы простых карандашей оставляли на бумаге ровный след, но чуть светлее, чем до испытания.

Вывод: в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя, и под воздействием внешних сил происходит скольжение — смещение одних слоев относительно других. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу, поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет чуть светлее, чем при комнатной температуре.

Опыт №3 «Изучение механических свойств грифеля простого карандаша под водой».

В ёмкость с водой мы опустили кусок фанеры и в воде попробовали написать на нем простым карандашом.

Когда мы вытащили из воды мокрый лист фанеры, то на нём хорошо видна надпись, которая была четкая и не растекалась. Это свойство простого карандаша используют дайверы. Тоже самое мы проделали с фломастером, но когда достали из воды кусок фанеры с надписью, сделанную фломастером –надпись стала растекаться и стекла с листа вместе с водой.

Вывод: графит – твёрдое вещество, притяжение между частицами большое, а диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, чем между частицами пары жидкость (чернила фломастера) –жидкость (вода). Поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита.

Опыт №4 «Изучение взаимодействия грифеля и кислоты»

Мы взяли ручку, простой карандаш, фломастер и решили проверить будут ли они писать после воздействия на их стержни кислотой. Сразу после того как мы погрузили стержни в кислоту, писали и карандаш, и ручка, и фломастер, но после 20 минут – фломастер пишет очень плохо, а грифель карандаша оказался устойчив к воздействию кислотой и пишет также хорошо как и до эксперимента.

Вывод: графит устойчив к воздействию агрессивной среды.

Опыт №5«Изучение электропроводности грифеля простого карандаша»

Мы собрали электрическую цепь для того чтобы выяснить, проводит ли грифель простого карандаша электрический ток. Мы разомкнули цепь и вставили в неё грифель. Замкнули цепь. Лампочка загорелась. Значит, грифель проводит электрический ток.

Вывод: грифель простого карандаша проводит электрический ток, а грифель цветного карандаша не проводит электрический ток, так как в грифеле цветного карандаша графита нет, он выполнен из смеси белой глины и пигментов, или красителей.

Опыт № 6 «Измерение напряжения в электрической цепи»

В электрическую цепь вставляем грифель, закрепляем его в зажимах. В ходе опыта мы заметили, что напряжение в цепи уменьшается, если грифель длинный, и увеличивается, если грифель короткий (лампочка горит ярче)

Длина грифеля (L), см	Напряжение в цепи (U), В
7	1,9
4,5	2,5
3	2,6
1,5	3

Диаметр грифеля, см	Длина грифеля (L), см	Напряжение в цепи (U), В
0,3	3	1,3
0,4	3	2,6

I = , R =

Вывод: напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля: чем короче грифель, тем напряжение больше, и наоборот, чем грифель длиннее – тем напряжение меньше. А если площадь сечения больше, то и напряжение больше. Значит, грифель является сопротивлением. Полученные результаты эксперимента подтверждают зависимость между физическими величинами, установленную Г. Омом

Опыт № 7« Изучение теплопроводности грифеля»

Концы карандаша, заточенного с обеих сторон, мы подсоединили соединительными проводами к источнику тока. Когда мы замкнули цепь – грифель стал накаливаться, и даже вначале задымился, а потом раскалился докрасна, и деревянный корпус карандаша загорелся.

Мы измерили температуру грифеля с помощью датчика температуры из лаборатории Архимед – температура резко возрастала: за 10 секунд температура поднимается на 4 , причём, чем дольше мы греем – тем выше температура.

Вывод: грифель обладает высокой теплопроводностью. Если к противоположным концам карандаша подключить электрический ток, то грифель быстро и сильно нагревается так, что корпус карандаша загорается.

Опыт № 8 «Исследование электризации графита»

Для того, чтобы проверить электризуется грифель простого карандаша, мы взяли различные материалы: шёлк, шерсть, бумагу. Мы натерли грифель шелком и поднесли к электроскопу. На приборе стрелка не отклонилась – грифель не имеет электрического заряда, при натирании шелком. Затем опыт повторили с другими материалами.

Вывод: мы электризовали грифель различными материалами, но грифель не электризуется, значит, графит – плохой проводник.

Опыт № 9 «Изготовление грифельной лампочки»

Мы захотели проверить, можно ли сделать грифельную лампочку?

К концам грифеля мы присоединили проводами источник питания. Когда замкнули цепь – грифель стал накаляться и вначале задымился, а потом раскалился докрасна и стал светиться. Мы закрыли банку крышкой для того, чтобы ограничить доступ кислорода (чтобы грифель не перегорел). С аккумулятором из машины у нас получилась грифельная лампа, а с гальваническим элементом «Трофи» грифель только нагревался, но не накалялся.

Вывод: лампочку из грифеля сделать можно. Чем короче мы используем грифель, тем быстрее он накаляется и ярче горит. Гореть такая лампочка может до 20 минут.

3.2. Социологический опрос

Я провёл социологический опрос и выяснил, что знают о простом карандаше и о его составной части – грифеле ученики моей школы. Было опрошено 45 учащихся 9 — 11 классов.

Результаты социологического опроса:

1. Пользуетесь ли вы простым карандашом?	2. Может ли простой карандаш писать под водой?
3. Пишет ли простой карандаш на морозе?	4. Проводит ли грифель простого карандаша электрический ток?
5. Используют графит в нанотехнологиях?	6. Пишут ли простым карандашом в космосе?
7. Знаете ли вы изобретателя простого карандаша?	8. Будут ли в будущем пользоваться простым карандашом?

Заключение

Целью моей работы было раскрыть свойства и возможности простого карандаша, исследовать физические и химические свойства грифелей простых карандашей.

Гипотеза: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами : можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, которые имеют большое практическое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

В результате проведенных экспериментов я выяснил:

— в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу; поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет при низкой температуре чуть светлее, чем при комнатной температуре,

— грифель не электризуется, значит, графит – проводник;

— диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита. Грифель простого карандаша пишет под водой;

— грифель простого карандаша оказался устойчив к воздействию кислотой;

— грифель простого карандаша проводит электрический ток;

— напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля. Грифель является сопротивлением;

— грифель обладает высокой теплопроводностью;

Моя гипотеза полностью подтвердилась: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, а также графит, который входит в состав простого карандаша имеет большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

Даже в современном мире, охваченном компьютеризацией, карандаш всегда под рукой у каждого человека любой профессии.

И мой социологический опрос (80%) подтверждает мою гипотезу об использовании простого карандаша в будущем.

Литература