La respuesta elemental: C
La fórmula química de un electrodo de grafito es simplemente C. El carbono tiene número atómico 6 y una masa atómica relativa de 12,011, y el grafito es uno de sus alótropos. No hay ningún compuesto químico involucrado: el electrodo está hecho del elemento carbono, dispuesto en forma cristalina, junto con una cantidad muy pequeña de ceniza-que forma materia mineral. Por eso no se puede escribir ninguna fórmula iónica o molecular para el electrodo en su conjunto, y la respuesta correcta a la pregunta es el símbolo C.
El grafito como alótropo del carbono
El carbono existe en varias formas estructurales con propiedades muy diferentes. El diamante tiene una red tridimensional-de enlaces tetraédricos y es un aislante eléctrico. Fullerenos, nanotubos y grafeno son otras disposiciones del mismo elemento. El grafito es la forma termodinámicamente estable en condiciones normales y es la forma utilizada para los electrodos porque combina una alta conductividad eléctrica con una estabilidad térmica excepcional. Todos estos materiales comparten la misma fórmula C, y sólo difiere la disposición de los átomos.
Unión y estructura de capas
En el grafito, cada átomo de carbono forma tres enlaces sigma con tres vecinos en una lámina hexagonal plana, con el cuarto electrón deslocalizado por toda la capa. La longitud del enlace carbono-plano-carbono es de aproximadamente 142 picómetros, y las capas adyacentes están separadas por aproximadamente 335 picómetros y se mantienen unidas por fuerzas débiles de van der Waals. Esta red en capas explica las propiedades que importan en un horno: los electrones se mueven fácilmente dentro de una capa, por lo que el material conduce y las capas se deslizan y separan fácilmente, razón por la cual el grafito es blando y fácil de mecanizar. También explica por qué las propiedades de un electrodo se miden paralelamente y perpendicularmente a la dirección de extrusión.
Pureza de un electrodo industrial
Un electrodo de grafito comercial contiene más del 99 por ciento de carbono total después de la grafitización. El resto son cenizas, que provienen de la materia mineral del coque y la brea, y una pequeña cantidad de azufre. Los grados de potencia regulares generalmente permiten cenizas alrededor del medio por ciento, mientras que los grados de potencia ultra-alta-se mantienen en niveles notablemente más bajos porque los elementos que forman ceniza-pueden ingresar al baño de acero. El azufre también se mantiene bajo, generalmente por debajo del 0,05 por ciento, ya que la absorción de azufre-no es deseable en la mayoría de los grados de acero. El contenido de humedad es bajo y está controlado por las prácticas de almacenamiento.
Por qué la fórmula es importante en la práctica
La pureza elemental detrás de la fórmula C tiene consecuencias comerciales directas. Los elementos de ceniza como el hierro, el silicio, el aluminio y el calcio pueden formar inclusiones en el acero o consumir energía en el horno, por lo que un electrodo con bajo contenido de ceniza-protege la calidad del acero. El bajo contenido de azufre hace que el electrodo sea adecuado para grados de acero críticos. Debido a que la química es simple, las diferencias restantes entre los electrodos provienen de la estructura y el procesamiento: el tamaño y la orientación de las partículas de coque, la densidad lograda durante el horneado y la impregnación, y la temperatura de grafitación.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la fórmula química de un electrodo de grafito?
Es C, el símbolo del carbono elemental. El electrodo está fabricado con grafito, no un compuesto, por lo que ninguna fórmula molecular se aplica a todo el cuerpo.
P: ¿Es un electrodo de grafito un elemento puro?
Tiene más del 99 por ciento de carbono en masa. Quedan pequeñas cantidades de minerales formadores de ceniza-y azufre, y sus niveles se controlan según el grado del electrodo.
P: ¿Por qué el grafito conduce electricidad si es carbono puro?
Cada átomo de carbono de una capa aporta un electrón deslocalizado, por lo que la carga se mueve libremente dentro de las láminas hexagonales. Esta es una propiedad de la estructura, no de ningún aditivo.
P: ¿Cuál es la longitud de enlace y el espacio entre capas en el grafito?
La longitud del enlace carbono-plano-carbono es de aproximadamente 142 picometros y el espacio entre capas es de aproximadamente 335 picometros, con las capas sostenidas por fuerzas débiles de van der Waals.
P: ¿Cuánta ceniza se permite en un electrodo?
Los grados de potencia regulares normalmente permiten alrededor del 0,5 por ciento de ceniza, mientras que los grados de potencia alta y ultra-alta-se especifican en niveles más bajos para proteger la limpieza del acero.
P: ¿La fórmula difiere entre los electrodos RP, HP y UHP?
No. Los tres son de carbono. Se diferencian en las materias primas, la densidad, la resistividad, la expansión térmica y el nivel de cenizas más que en la fórmula química.