لماذا الجرافيت موصل جيد للكهرباء؟

لماذا الجرافيت موصل جيّد للكهرباء؟

تعتمد موصليّة المواد للكهرباء (بالإنجليزيّة: Electrical conductivity) على عدد الإلكترونات الحرة الموجودة داخل ذرّات المادة، فكلّما زاد عدد الإلكترونات الحرّة داخل المادة كلّما كانت موصليّتها للحرارة أفضل، وتحتوي مادة الجرافيت (بالإنجليزيّة: Graphite) على طبقات من ذرات الكربون، وترتبط كل ذرة كربون بطبقتها بثلاث روابط تساهمية قوية، ويبقى من كل ذرة إلكترون واحد حر الحركة، إذ إن كل ذرّة كربون تحتوي على أربعة إلكترونات، ونتيجة لحركة هذه الإلكترونات وتفاعلها مع بعضها بسهولة، فإن توصيل الكهرباء فيها يكون جيّدًا، على عكس الألماس مثلًا، والذي ترتبط ذراته بجيرانها بأربع روابط تساهميةٍ قوية، ولا تترك أي إلكتروناتٍ حرة، وبالتالي فهو موصل سيئ للكهرباء.^[١]

مادة الجرافيت وخصائصها

تمتاز مادة الجرافيت بلونها الأسود اللامع والغير الشفاف، وهي مادة زلقة للغاية لأن القوى الموجودة بين طبقاتها ضعيفة، وهذا هو السبب في أنها يمكن أن تنزلق بسهولة فوق بعضها البعض، ولهذا السبب يتم استخدامها في أقلام الرصاص، حيث إن طبقاتها تنزلق بسهولة على الورق تاركة علامة سوداء، كما أنها إحدى مكونات العديد من مواد التشحيم، كزيت التشحيم في سلسلة الدراجات، كما أنها من المواد الغير قابلة للذوبان (بالإنجليزيّة: Insoluble) في الماء، ولكونها تعد موصلًا جيدًا للكهرباء، فهي مناسبة للأقطاب الكهربائية اللازمة للتحليل الكهربائي (بالإنجليزيّة: Electrolysis)، أي فصل جزيئات الماء إلى مكوّناته الأساسيّة؛ وهي الأوكسجين والهيدروجين عبر تمرير تيّار كهربائي في الوسط المائي.^[٢]

استخدامات الجرافيت

لمادة الجرافيت استخدامات كثيرة، ومنها ما يأتي:

صناعة أقلام الرصاص

يعود أصل كلمة جرافيت إلى اللغة اليونانيّة وتعني كتابة، لذلك فإن الاستخدام الأكثر شيوعًا للجرافيت هو صناعة الرصاص المستخدم في أقلام الرصاص.^[٣]

تشحيم قطع الآلات

يستخدم الجرافيت في صناعة مواد التشحيم (بالإنجليزيّة: Lubricants)، مثل الشحوم وزيوت التشحيم وغيرها، وذلك لأنه يتفاعل مع بخار الماء في الغلاف الجوي، ويخلق طبقة رقيقة فوق السطح المطلوب وبالتالي يقلل الاحتكاك، وهو يستخدم في مكابح السيارات والقوابض.^[٣]

صناعة المواد ومعالجتها

يمتاز الجرافيت بقدرته العالية على تحمّل درجات الحرارة المرتفعة وعدم قابليّته لتغيير، ولذلك فهو يستخدم في الصناعات التحويليّة، كما يساعد في إنتاج الزجاج والصلب، وفي معالجة الحديد أيضًا.^[٣]

المفاعلات النوويّة

يمكن للجرافيت امتصاص النيوترونات سريعة الحركة، ونتيجة لذلك، فإنه يستخدم في المفاعلات لتثبيت التفاعلات النووية، إلا أن الجرافيت يمكن أن يتفاعل مع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في المفاعل؛ مما يقلل من فعاليته.^[٤]

الصناعات الكهربائية

يلعب الجرافيت دورًا أساسيًا في آلات التفريغ الكهربائي (بالإنجليزيّة: Electrical Discharge Machining) والتي تستخدم التيار الكهربائي في خراطة وقطع المعادن، كإنتاج الأجزاء المعدنية المستخدمة في مجموعة واسعة من الصناعات؛ بما في ذلك السيارات، والفضاء، والدفاع، والتكنولوجيا، كما أثبت الجرافيت أنه مادة ممتازة في صناعة الإلكترود المستخدم في عملية القطع، وذلك لكونه معدنًا ذا سرعة معالجة عالية، كما أنه متماسك، ومقاوم جيّد للحرارة التي تتولد خلال عمليّة القطع.^[٥]