Аморфни въглеродни видове, свойства и приложения

на аморфен въглерод всичко това е алотропен въглерод със структури, пълни с молекулни дефекти и нередности. Терминът алотропия се отнася до факта, че един химически елемент, като въглеродния атом, образува различни молекулни структури; някои кристални, а други, както в този случай, аморфни.

Аморфният въглерод няма кристална структура на дълги разстояния, която характеризира диаманта и графита. Това означава, че структурният модел остава леко постоянен, ако визуализирате области на твърдото тяло много близо един до друг; а когато са отдалечени, различията им стават очевидни.

Характеристиките или физичните и химичните свойства на аморфния въглерод също са различни от тези на графита и диаманта. Например, ние имаме известния въглен, продукт на изгаряне на дървесина (топ изображение). Това не е лубрикант и не е лъскаво.

В природата има няколко вида аморфен въглерод и тези сортове могат да се получат и синтетично. Въглеродните сажди, активният въглен, саждите и въглените са сред различните форми на аморфния въглерод..

Аморфният въглерод има важно приложение на нивото на производството на електроенергия, както и в текстилната и санитарната промишленост.

индекс

• 1 Видове аморфен въглерод
  • 1.1 Според неговия произход
  • 1.2 Структура
  • 1.3 Състав
• 2 Свойства
• 3 Използване
  • 3.1 Въглища
  • 3.2 Активен въглен
  • 3.3 Сажди
  • 3.4 Аморфни въглеродни филми
• 4 Препратки

Аморфни въглеродни видове

Има няколко критерия за класифицирането им, като произход, състав и структура. Последното зависи от връзката между въглероди с sp хибридизации² и sp³; т.е. тези, които дефинират равнина или тетраедър, съответно. Следователно, неорганичната (минералогична) матрица на тези твърди вещества може да стане много сложна.

Според неговия произход

Има аморфен въглерод с естествен произход, тъй като е продукт на окисление и форми на разлагане на органични съединения. Сред този вид въглерод са сажди, въглерод и въглерод, получени от карбиди.

Синтетичният аморфен въглерод се произвежда чрез отлагане на катодна дъга и катодни техники за разпрашаване. Синтетично, също така се произвеждат диамантени аморфни въглеродни или аморфни въглеродни филми.

структура

Също така аморфният въглерод може да бъде групиран в три големи вида в зависимост от съотношението на sp² или sp³ настояще. Налице е аморфен въглерод, който принадлежи към така наречения елементарен аморфен въглерод (аС), хидрогенирания аморфен въглерод (аС: Н) и тетраедричния аморфен въглерод (та-С).

Елементен аморфен въглерод

Често съкратено като aC или a-C, то включва активен въглен и сажди. Сортовете от тази група се получават чрез непълно изгаряне на животински и растителни вещества; те изгарят със стехиометричен дефицит на кислород.

Те имат по-висок дял на sp линкове² в своята молекулярна структура или организация. Те могат да бъдат представени като серия от групирани равнини, с различни ориентации в пространството, произведение на тетраедричните въглероди, които установяват хетерогенност в цялото.

От тях са синтезирани нанокомпозити с електронни приложения и разработване на материали.

Аморфен хидрогениран въглерод

Съкратено като aC: H или HAC. Сред тях са сажди, дим, въглища, извлечени като битум, и асфалти. Саждите лесно се различават, когато има огън в планина в близост до град или град, където се наблюдава във въздушните течения, които го плъзгат под формата на крехки черни листа от черен цвят..

Както подсказва името му, той съдържа водород, но ковалентно свързан с въглеродните атоми, а не от молекулен тип (Н₂). Това означава, че има връзки C-H. Ако се освободи водород от една от тези връзки, ще има орбитала с несдвоен електрон. Ако два от тези несдвоени електрони са много близо един до друг, те ще взаимодействат, предизвиквайки така наречените висящи връзки (висяща връзка, на английски)..

При този тип хидрогенирани аморфни въглеродни филми или покрития с по-ниска твърдост се получават от тези, направени с та-С.

Тетраедричен аморфен въглерод

Съкратено като та-С, наричано още въглерод подобно на диаманта. Той съдържа голяма част от sp хибридизираните връзки³.

Към тази класификация принадлежат филмите или покритията от аморфен въглерод с аморфна тетраедрална структура. Те нямат водород, имат висока твърдост и много от физическите им свойства са подобни на тези на диаманта.

Молекулно тя се състои от тетраедрични въглеродни атоми, които нямат структурен модел на далечни разстояния; докато в диаманта, редът остава постоянен в различни области на кристала. Ta-C може да представи определен ред или характерен модел на кристал, но само на къси разстояния.

композиция

Въглищата са организирани като пластове от черни скали, съдържащи други елементи като сяра, водород, азот и кислород. Оттук възникват аморфни въглени като въглища, торф, антрацит и лигнит. Антрацитът е всичко, което има най-висок въглероден състав.

свойства

Истинският аморфен въглерод има π връзки, разположени с отклонения в междуатомното разстояние и изменение на ъгъла на свързване. Той има хибридизирани връзки² и sp³ чиято връзка варира в зависимост от вида на аморфния въглерод.

Неговите физични и химични свойства са свързани с неговата молекулярна организация и нейната микроструктура.

Като цяло, той има свойства с висока стабилност и висока механична твърдост, устойчивост на топлина и устойчивост на износване. В допълнение, той се характеризира с това, че има висока оптична прозрачност, нисък коефициент на триене и устойчивост на различни корозивни агенти.

Аморфният въглерод е чувствителен към ефектите на облъчване, има висока електрохимична стабилност и електрическа проводимост, наред с други свойства.

приложения

Всеки от различните видове аморфен въглерод има свои собствени характеристики или свойства и много специфични приложения.

Въглищата

Въглищата са изкопаеми горива и затова е важен източник на енергия, който се използва и за производство на електроенергия. Екологичното въздействие на въгледобивната промишленост и неговото използване в електроцентралите се обсъждат днес.

Активен въглен

Полезно е да се извършват селективни процеси на абсорбиране или филтриране на замърсители в питейната вода, обезцветяващите разтвори и дори да абсорбират серни газове.

Сажди

Въглеродът се използва широко в производството на пигменти, печатарски мастила и различни бои. Този въглерод като цяло подобрява якостта и устойчивостта на изделия, изработени с гума.

Като пълнител в гумите или гумите се повишава неговата устойчивост на износване и се предпазват материалите от влошаване, причинено от слънчева светлина.

Аморфни въглеродни филми

Технологичната употреба на аморфни въглеродни филми или покрития в разновидности на плоскоекранни и микроелектронни устройства нараства. Пропорцията на sp връзки² и sp³ прави аморфните въглеродни филми оптични и механични свойства с различна плътност и твърдост.

Също така, те се използват в антиотражателни покрития, в покрития за радиологична защита, наред с други приложения.

препратки

1. Shiver & Atkins. (2008 г.). Неорганична химия (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Аморфни въглища. Изтеглено от: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Аморфен въглерод. В: Amils R. et al. (eds) Енциклопедия на астробиологията. Springer, Берлин, Хайделберг.
4. Ями. (21 май 2012 г.). Алотропни форми на въглерод. Възстановен от: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Аморфен въглерод. Възстановен от: sciencedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. и Bertran, E. (2011). Трибологични свойства на флуорирани аморфни въглеродни тънки филми. Взето от: researchgate.net