グラファイト

グラファイト（英えい: graphite、石墨せきぼく、黒鉛こくえん）は、炭素たんそから成なる元素げんそ鉱物こうぶつ。六方ろっぽう晶あきら系けい（結晶けっしょう対称たいしょう性せいはP6₃/mmc）、六角ろっかく板いた状じょう結晶けっしょう。

石墨せきぼく
石墨せきぼく
分類ぶんるい	元素げんそ鉱物こうぶつ
化学かがく式しき	C
結晶けっしょう系けい	六方ろっぽう晶あきら系けい
へき開かい	一方いっぽう向むこうに完全かんぜん
断だん口こう	不ふ平坦へいたん状じょう
モース硬度こうど	1 - 2
光沢こうたく	金属きんぞく光沢こうたく
色いろ	黒色こくしょく
条じょう痕こん	黒色こくしょく
比重ひじゅう	2.2
プロジェクト:鉱物こうぶつ／Portal:地球ちきゅう科学かがく

特徴とくちょう

構造こうぞうは亀かめの甲きのえ状じょうの層状そうじょう物質ぶっしつ、層そう毎ごとの面めん内ないは強つよい共有きょうゆう結合けつごう（sp²的まと）で炭素たんそ間あいだが繋つながっているが、層そうと層そうの間あいだ（面めん間あいだ）は弱よわいファンデルワールス力りょくで結合けつごうしている。それゆえ、層状そうじょうに剥離はくりする（へき開かい完全かんぜん）。電子でんし状態じょうたいは、半はん金属きんぞく的てきである。

グラファイトが剥はがれて厚あつさが原子げんし1個こ分ぶんしかない単一たんいつ層そうとなったものはグラフェンと呼よばれ、金属きんぞくと半導体はんどうたいの両方りょうほうの性質せいしつを持もつ。

素材そざいとしては、地中ちちゅう鉱物こうぶつとして得えられる天然てんねんグラファイトと、コークスにタールやピッチを加くわえて練ねり和わ・成形せいけい・焼成しょうせい・超ちょう高温こうおん結晶けっしょう化か処理しょりして得えられる人造じんぞうグラファイトに分わけられる。

天然てんねんグラファイトの採掘さいくつは、中国ちゅうごく、スリランカのサバラガムワ、メキシコのソノラ、カナダのオンタリオ州しゅう、北朝鮮きたちょうせん、マダガスカル、アメリカのニューヨーク州しゅうなどで商業しょうぎょう的てきに行おこなわれている。日本にっぽんでも、かつて富山とやま県けんで千野ちの谷たに黒鉛こくえん鉱山こうざんが稼働かどうしていた。

別名べつめい

硬筆こうひつ（鉛筆えんぴつやシャープペンシルの芯しん）に使つかわれることから石墨せきぼく（せきぼく）の和名わみょうを持もち、鉱物こうぶつ名なとして使つかわれることが多おおい。

元素げんそ分析ぶんせき以前いぜんには鉛なまりを含ふくむと思おもわれており、ラテン語らてんごで鉛なまりを意味いみする plumbum に由来ゆらいする plumbago と呼よばれていた。このため、英語えいごで black lead 、日本語にほんごでもこれを直訳ちょくやくして黒鉛こくえん（こくえん）とも呼よぶ。ただし、実際じっさいには鉛なまりはまったく含ふくまれていない。グラファイトという名なは、それが判明はんめいしたのち、plumbago という名なが不適切ふてきせつとされたことで提案ていあんされたものである。

構造こうぞう

構造こうぞう上じょう、αあるふぁ黒鉛こくえんとβべーた黒鉛こくえんが存在そんざいし、両者りょうしゃの違ちがいは黒鉛こくえん層そう構造こうぞうの重かさなり具合ぐあいの違ちがいである。通常つうじょう見みられる黒鉛こくえんは、ほとんどがαあるふぁ黒鉛こくえんである。

同素体どうそたいにダイヤモンド、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンがある。

常温じょうおん、常つね圧あつではダイヤモンドより、このグラファイトの方ほうが安定あんていな相そう (Phase) である。しかしながら、ダイヤモンドとの間あいだには、乗のり越こえるべきエネルギー差さが非常ひじょうに大おおきいため、普通ふつうの状態じょうたいではダイヤモンドからグラファイトになる（構造こうぞう相しょう転移てんい）ことはない。

用途ようと

グラファイトの特性とくせいとして、耐たい熱性ねっせい、自己じこ潤滑じゅんかつ性せい、導電性どうでんせい、熱ねつ伝導でんどう性せい、耐たい酸性さんせい、耐たいアルカリ性あるかりせいに優すぐれている上うえに、アルミニュームより比重ひじゅうが小ちいさく熱ねつ膨張ぼうちょう率りつが小ちいさい。これらの特性とくせいを要ようする多種たしゅ多用たような用途ようと・製品せいひんに用もちいられている。

歴史れきし的てきな産業さんぎょう利用りようは16世紀せいき前半ぜんはんにイギリスの湖水こすい地方ちほうで発見はっけんされた石墨せきぼく鉱床こうしょうが最初さいしょで、長ながい間あいだ鉛筆えんぴつを製造せいぞうしたが、その他たにも耐火たいか物質ぶっしつとして、製鉄せいてつやイギリスがスペイン無敵むてき艦隊かんたいを撃破げきはした16世紀せいき後半こうはんには、砲弾ほうだんの鋳型いがたに使つかわれた。また、粘土ねんどなどと混合こんごうさせたうえで鉛筆えんぴつの芯しんとしても利用りようされる。またガスケットとして、耐たい熱性ねっせいが求もとめられる場合ばあいや、軸受じくうけなど潤滑じゅんかつと気密きみつの役割やくわりを同時どうじに持もたせる場合ばあいに用もちいられる。

原子核げんしかく物理ぶつり学がく分野ぶんや

軽水けいすいには劣おとるが中性子ちゅうせいしを減速げんそくでき、中性子ちゅうせいしの吸収きゅうしゅうも少すくないので、世界せかい最初さいしょの原子げんし炉ろ「シカゴ・パイル1号ごう」では減速げんそく材ざいとして使用しようされた。現在げんざいでも黒鉛こくえん炉ろの減速げんそく材ざいとして使用しようされている。

工業こうぎょう分野ぶんや

潤滑じゅんかつ剤ざい

黒鉛こくえん粉末ふんまつは油分ゆぶんを含ふくまないながらも潤滑じゅんかつ性せいと導電性どうでんせいを有ゆうするため、埃ほこりが溜たまりやすいゆえに多量たりょうの油分ゆぶんの使用しようが望のぞましくない箇所かしょの潤滑じゅんかつに単独たんどくで用もちいられることもある。身近みぢかな例れいでは、室内しつない向むけキーシリンダーの潤滑じゅんかつ材ざいに指定していされている場合ばあいがあり、電子でんし機器ききのコネクタの接点せってん復活ふっかつ剤ざいや電子でんし基板きばんのパターンを補修ほしゅうする用途ようとに用もちいられる場合ばあいもある。特とくに比較的ひかくてき高たか荷重におもな部位ぶいに用もちいるオイルやグリースなどへ固体こたい潤滑じゅんかつ剤ざいとして黒鉛こくえん粉こ末まつが添加てんかされる場合ばあいもあり、似にた特性とくせいを持もつ二に硫化りゅうかモリブデンと併用へいようして添加てんかされることも多おおい。DIY工作こうさくにおけるこうした用途ようとでの黒鉛こくえん粉末ふんまつの入手にゅうしゅ元もととしては、芯しんの軟やわらかい鉛筆えんぴつが手頃てごろである。

潤滑じゅんかつ剤ざいとしての特性とくせいとしては、二に硫化りゅうかモリブデンなどに比くらべて摩擦まさつ係数けいすうや耐たい荷重におも性せいは劣おとるものの熱ねつ安定あんてい性せいに優すぐれており、窒化ホウ素ほうそほどではないが高温こうおんでの使用しようが可能かのうである。真空しんくう中ちゅうでは窒化ホウ素ほうそよりも遥はるかに高たかい温度おんどまで使用しようできるが、二に硫化りゅうかモリブデンなどが真空しんくう中ちゅうで大気たいき中ちゅうよりも低ひくい摩擦まさつ係数けいすうを示しめすのに対たいし、グラファイトは逆ぎゃくに摩擦まさつ係数けいすうが上昇じょうしょうするために使用しようは高温こうおん部位ぶいに限かぎられる。その潤滑じゅんかつ性せいの高たかさから自動車じどうしゃ用ようワイパーゴムに塗布とふされているもの（グラファイトゴム）があり、動作どうさ時じの「ビビり」を低減ていげんする。撥ばち水すい加工かこうを施ほどこしたフロントガラスに使用しようすることにより、撥ばち水すい被膜ひまくの劣化れっかをある程度ていどまで防ふせぐ。

鉄てつへの添加てんか物ぶつ

炭素たんそを含有がんゆうする鋳鉄ちゅうてつにおいては炭素たんそがグラファイトとして晶あきら出で、その形状けいじょうは冷却れいきゃく温度おんどや合金ごうきん成分せいぶんによって異ことなり、グラファイトの形状けいじょうにより鋳鉄ちゅうてつの特性とくせいや品質ひんしつを左右さゆうする。その形状けいじょうは一般いっぱん的てきな鋳鉄ちゅうてつ、例たとえばねずみ鋳鉄ちゅうてつなどにおいては片へん状じょうとなるがダクタイル鋳鉄ちゅうてつでは球状きゅうじょうとなる。

複数ふくすうの特性とくせいを活いかした用途ようと例れい

金属きんぞく電気でんき精錬せいれん炉ろ（アーク炉ろ）の電極でんきょく棒ぼう（耐たい熱性ねっせい、導電性どうでんせい）

電気でんき鉄道てつどう車両しゃりょうのパンタグラフ摺すり板ばん、電動でんどう機き電極でんきょくブラシ、車軸しゃじく接地せっち電極でんきょくブラシ（耐たい熱性ねっせい、潤滑じゅんかつ性せい、導電性どうでんせい）

車両しゃりょう用ようブレーキパッド（耐たい熱性ねっせい、潤滑じゅんかつ性せい）温度おんど上昇じょうしょう時じの性能せいのう低下ていかが少すくない。適度てきどな潤滑じゅんかつ性せいで衝撃しょうげきや騒音そうおん、摩耗まもうが小ちいさい。

帯電たいでん防止ぼうし塗料とりょうや樹脂じゅしの基もと材ざい（導電性どうでんせい、耐たい酸性さんせい、耐たいアルカリ性あるかりせい）電磁波でんじはシールド、レーダー波は吸収きゅうしゅう塗料とりょう、防ぼう爆ばく器具きぐ塗料とりょうなど。

耐たい熱ねつ塗料とりょうや耐たい熱ねつ樹脂じゅしの基もと材ざい（耐たい熱性ねっせい、熱ねつ伝導でんどう性せい、耐たい酸性さんせい、耐たいアルカリ性あるかりせい）耐久たいきゅう性せいと軽量けいりょう化か要求ようきゅうが非常ひじょうに厳きびしい航空機こうくうき、軍用ぐんよう機器きき、携帯けいたい用よう通信つうしん機きの筐体きょうたいや塗料とりょう、業務ぎょうむ用よう携帯けいたい用ようのライトや電子でんし機器ききの筐体きょうたいや空冷くうれいフィンなど。

耐火たいか煉瓦れんがの原材料げんざいりょう、溶鉱炉ようこうろや金属きんぞく溶融ようゆう炉ろの内面ないめんライニングブロックや内面ないめんタイル（耐たい熱性ねっせい、耐たい酸性さんせい、耐たいアルカリ性あるかりせい）左記さき特徴とくちょうに加くわえて熱ねつ膨張ぼうちょう率りつが小ちいさいので、割わり損そんや剥離はくり損傷そんしょうを生しょうじにくくメンテナンスコストを低減ていげんし、炉ろの寿命じゅみょうを延のばせる。

リチウムイオン二に次じ電池でんちの負ふ極きょく。2020年代ねんだい前半ぜんはんにおいて電気でんき自動車じどうしゃ1台だいあたりの黒鉛こくえんの使用しよう量りょうは50から100キログラムとされている。

層間そうかん化合かごう物ぶつ

黒鉛こくえん層間そうかんの空隙くうげきに電子でんし供与きょうよ体たいあるいは電子でんし受容じゅよう体たい元素げんそが侵入しんにゅう（インターカレーション）した層間そうかん化合かごう物ぶつ（そうかんかごうぶつ、intercalational compound）が知しられており、これは成層せいそう化合かごう物ぶつ（せいそうかごうぶつ、lamellar compound）とも呼よばれる。

1926年ねんに最初さいしょの層間そうかん化合かごう物ぶつKC₈が発見はっけんされ、KC₂₄、KC₃₆なども知しられている。他たには黒鉛こくえんと、アルカリ金属きんぞく元素げんそ、Br₂、金属きんぞく酸化さんか物ぶつ、典型てんけい元素げんその酸化さんか物ぶつや硫化りゅうか物ぶつとから形成けいせいされる層間そうかん化合かごう物ぶつも知しられている。

KC₈は300℃で黒鉛こくえんにカリウム蒸気じょうきを作用さようさせて製造せいぞうし、外見がいけんはブロンズ色いろをしている。黒鉛こくえんに比ひしてKC₈の方ほうが金属きんぞく的てき性質せいしつが強つよく、これは還元かんげん試薬しやくとしても利用りようされている。LiC₆はリチウムイオン電池でんちの負ふ極きょくとして用もちいられている。

脚注きゃくちゅう

参考さんこう文献ぶんけん

• 松原まつばら聰さとし『日本にっぽんの鉱物こうぶつ』学習研究社がくしゅうけんきゅうしゃ〈フィールドベスト図鑑ずかん, 15〉、2003年ねん9月がつ。ISBN 4-05-402013-5、ISBN 978-4-05-402013-9。 
• 荻野おぎの博ひろし『典型てんけい元素げんその化合かごう物ぶつ』岩波書店いわなみしょてん〈岩波いわなみ講座こうざ 現代げんだい化学かがくへの入門にゅうもん, 11〉、2004年ねん4月がつ。ISBN 4-00-011041-1、ISBN 978-4-00-011041-9。 
• 国立こくりつ天文台てんもんだい 編へん『理科りか年表ねんぴょう 平成へいせい19年ねん』丸善まるぜん、2006年ねん11月30日にち。ISBN 4-621-07763-5。 
• エリック・シャリーン 著ちょ、上原うえはらゆうこ 訳やく『図説ずせつ世界せかい史しを変かえた50の鉱物こうぶつ』原はら書房しょぼう、2013年ねん2月がつ。ISBN 978-4-562-04871-7。 

関連かんれん項目こうもく

• 鉛筆えんぴつ - 鉛筆えんぴつの芯しんは黒鉛こくえんと粘土ねんど及および各かくメーカーのノウハウによる化学かがく物質ぶっしつにより構成こうせいされる。
• 人造じんぞう黒鉛こくえん
• 鉱物こうぶつ - 元素げんそ鉱物こうぶつ
• 鉱物こうぶつの一覧いちらん
• 鉱石こうせき鉱物こうぶつ
• ダイヤモンド、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラフェン、ナノグラフェン、グラフェンナノリボン
• 物性ぶっせい物理ぶつり

外部がいぶリンク

• Graphite (mindat.org) （英語えいご）
• Graphite Mineral Data (webmineral.com) （英語えいご）