Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

ГЛАВА 1 
ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАХ 
ГРАФИТА. ДИНАМИКА РАЗРУШЕНИЯ, ПРОЧНОСТЬ И 
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ГРАФИТОВЫХ КОМПОЗИТОВ 
Графит 
является 
термодинамически 
стабильной 
аллотропной 
модификацией углерода – 
элемента 4-ой группы главной подгруппы 2-го 
периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная 
масса природной смеси изотопов 12,0107 г/моль 
[5]. 
Следует сказать, что углерод существует в нескольких аллотропных 
модификациях и в различных изоморфных состояниях с очень 
разнообразными физическими свойствами 
[6-9]
. Разнообразие аллотропных 
модификаций обусловлено способностью углерода к образованию 
химических связей различного типа. Электронные орбитали атома углерода 
могут иметь различную геометрию, в зависимости от степени их 
гибридизации. Существует три основных геометрии атома углерода: 
тетраэдрическая, тригональная и дигональная. Тетраэдрической геометрии 
атома углерода соответствуют аллотропные модификации углерода: алмаз и 
лонсдейлит. Такой же гибридизацией обладает углерод, например, в метане и 
других углеводородах.
Тригональная модификация образуется при смешении одной 
s
- и двух 
p
-
электронных орбиталей (
sp
²-гибридизация). Атом углерода имеет три 
равноценные 
σ
x,y-
связи, расположенные в одной плоскости под углом 120° 
друг к другу. Не участвующая в гибридизации 
p
z
-орбиталь, расположенная 
перпендикулярно плоскости σ-связей, используется для образования 
π
-связи 
с другими атомами. Именно такая геометрия углерода характерна для 
графита.
Углерод с дигональной геометрией атома образует особую аллотропную 
модификацию – карбин, однако в синтезированных к настоящему времени 
материалах длина прямых карбиновых без изгибов и межцепочечных связок 
составляет менее сотни атомов 
[10]. 
При обычных температурах углерод 

---

7 
химически инертен, при достаточно высоких соединяется со многими 
элементами, проявляя сильные восстановительные свойства. Фазовая 
диаграмма углерода Банди представлена на рис. 1.1, различные аллотропные 
модификации и изоморфизмы углерода показаны на рис.1.2. 
Следует сказать, что данная фазовая диаграмма не всегда представляется 
бесспорной, в частности, до сих пор поднимается вопрос о температуре 
плавления графита 
[11, 12]
, поскольку, по мнению авторов [
12
], имеется 
«…значительное расхождение данных, относящихся к температуре 
плавления графита». Тем не менее, большинство авторов придерживается 
фазовой диаграммы Банди 1996г., которая на данный момент не вызывает 
особых сомнений, и речь идёт, как правило, об уточнениях диаграммы в той 
или иной области давлений и температур 
[13, 14].