АМОРФЕН ВЪГЛЕРОД: ВИДОВЕ, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В аморфен въглерод е някакви алотропна структури, пълни с въглеродни молекулярни дефекти и нередности. Терминът алотроп се отнася до един химичен елемент, като въглеродния атом, образуващ различни молекулни структури; някои кристални, а други, както в случая, аморфни.

На аморфния въглерод липсва кристалната структура с дълъг обхват, която характеризира диамант и графит. Това означава, че структурният модел остава леко постоянен, когато се наблюдават области на твърдото вещество, които са много близо една до друга; а когато са далечни, разликите им стават очевидни.

Изгаряне на дървени въглища. Източник: Pixabay

Физичните и химичните характеристики или свойства на аморфния въглерод също са различни от тези на графит и диамант. Например, там е известният въглен, продукт на горенето на дърва (отгоре изображение). Това не е смазване и също не е лъскаво.

В природата има няколко вида аморфен въглерод и тези разновидности могат да бъдат получени и синтетично. Сред различните форми на аморфен въглен са сажди, активен въглен, сажди и въглен.

Аморфният въглерод има важни приложения в производството на електроенергия, както и в текстилната и здравната промишленост.

Видове аморфен въглерод

Има няколко критерия за класифицирането им, като произход, състав и структура. Последното зависи от връзката между въглеродните атоми с SP ² и SP ³ хибридизации; тоест тези, които определят равнина, съответно тетраедър. Следователно неорганичната (минералогична) матрица на тези твърди вещества може да стане много сложна.

Според произхода си

Има аморфен въглерод с естествен произход, защото той е продукт на окисляване и форми на разлагане на органични съединения. Този вид въглерод включва сажди, въглища и въглерод, получени от карбиди.

Синтетичният аморфен въглерод се получава чрез техники за отлагане на катодна дъга и разпръскване. Синтетично също се произвеждат диамантовидни аморфни въглеродни покрития или аморфни въглеродни филми.

структура

Аморфен въглерод могат също да бъдат групирани в три големи видове в зависимост от съотношението на SP ² или SP ³ връзки настоящото. Там е аморфният въглерод, който принадлежи към така наречения елементарен аморфен въглерод (aC), хидрогениран аморфен въглерод (aC: H) и тетраедричен аморфен въглерод (ta-C).

Елементарен аморфен въглерод

Често съкратено BC или BC, тя включва активен въглен и сажди. Сортовете от тази група се получават при непълно изгаряне на животински и растителни вещества; тоест те изгарят със стехиометричен дефицит на кислород.

Те представят по-висок процент на SP ² връзки в тяхната структура или молекулно организация. Те могат да бъдат представени като поредица от групирани равнини, с различна ориентация в пространството, продукт от тетраедрични въглероди, които установяват хетерогенност в цялото.

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

Хидрогениран аморфен въглерод

Съкратено като BC: H или HAC. Те включват сажди, дим, извлечени въглища като битум и асфалт. Саждите са лесно различими, когато има пожар в планина в близост до град или град, където се наблюдава във въздушните течения, които го носят под формата на крехки черни листа.

Както подсказва името му, той съдържа водород, но ковалентно свързани към въглеродните атоми, а не на молекулното тип (Н ₂). Тоест, има CH връзки. Ако една от тези връзки се освободи водород, това ще бъде орбитала с несдвоен електрон. Ако два от тези несдвоени електрони са много близо един до друг, те ще си взаимодействат, причинявайки така наречените висящи връзки.

С този вид хидрогениран аморфен въглерод се получават филми или покрития с по-ниска твърдост от тези, направени с та-С.

Тетраедричен аморфен въглерод

Съкратено като ta-C, наричано също диамантен въглерод. Той съдържа висок процент на SP ³ хибридизират връзки.

Към тази класификация принадлежат аморфни въглеродни филми или покрития с аморфна тетраедрична структура. Липсват водород, имат висока твърдост и много от техните физични свойства са подобни на тези на диаманта.

Молекулярно, той се състои от тетраедрични въглероди, които не представляват структурен модел на дълги разстояния; като има предвид, че в диаманта, редът остава постоянен в различни области на кристала. Ta-C може да представи определен ред или модел, характерен за кристал, но само в малък обхват.

композиция

Въглищата са организирани като слоеве от черна скала, съдържащи други елементи като сяра, водород, азот и кислород. От тук възникват аморфни въглероди като въглища, торф, антрацит и лигнит. Антрацитът е този с най-висок въглероден състав от всички тях.

Имоти

Истинският аморфен въглерод е локализирал π връзки с отклонения в междутомно разстояние и промяна в ъгъла на връзката. Той има sp ² и sp ³ хибридизирани връзки, чиято връзка варира в зависимост от вида на аморфния въглерод.

Неговите физични и химични свойства са свързани с молекулярната му организация и нейната микроструктура.

По принцип той има свойства на висока стабилност и висока механична твърдост, устойчивост на топлина и устойчивост на износване. Освен това, тя се характеризира с висока оптична прозрачност, нисък коефициент на триене и устойчивост на различни корозивни агенти.

Аморфният въглерод е чувствителен към въздействието на облъчването, 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.

дървени въглища

Въглищата са изкопаемо гориво и следователно е важен източник на енергия, който също се използва за производство на електроенергия. Екологичното въздействие на въгледобивната промишленост и нейното използване в електроцентралите са горещо обсъждани днес.

Активен въглен

Той е полезен за селективно абсорбиране или филтриране на замърсители от питейна вода, обезцветяващи разтвори и дори може да абсорбира серни газове.

Карбоново черно

Карбонът се използва широко при направата на пигменти, печатни мастила и най-различни бои. Този въглерод като цяло подобрява здравината и устойчивостта на гумените изделия.

Като пълнител в джантите или гумите, той увеличава тяхната устойчивост на износване и предпазва материалите от разграждане, причинено от слънчева светлина.

Аморфни въглеродни филми

Технологичното използване на аморфни въглеродни филми или покрития в разновидности на плоски дисплеи и микроелектроника нараства. Делът на SP ² и SP ³ облигации средства, които аморфни въглеродни филми имат оптични и механични свойства на променлива плътност и твърдост.

По същия начин, те се използват в антиотражателни покрития, в покрития за радиологична защита, наред с други приложения.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Аморфни въглища. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Кучи А. (2014) Аморфен въглерод. В: Amils R. et al. (eds) Енциклопедия по астробиология. Спрингер, Берлин, Хайделберг.
4. Ями. (21 май 2012 г.). Алотропни форми на въглерод. Възстановени от: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Аморфен въглерод. Възстановено от: sciencedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. и Bertran, E. (2011). Трибологични свойства на флуорирани аморфни въглеродни тънки филми. Възстановена от: researchgate.net