Аморфен въглерод: видове, свойства и приложения

Аморфният въглерод е всичко, което е алотропен въглерод със структури, пълни с молекулни дефекти и нередности. Терминът алотропия се отнася до факта, че един химически елемент, подобно на 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. Сред различните форми на аморфен въглерод са сажди, активен въглен, сажди и въглен.

Аморфният въглерод има важно приложение на нивото на енергийната индустрия, както и в текстилната и санитарната промишленост.

Аморфни въглеродни видове

Има няколко критерия за класифицирането им, като произход, състав и структура. Последното зависи от връзката между въглеродни атоми с sp2 и sp3 хибридизации; 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 от естествен произход, защото 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 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 наличните sp2 или sp3 връзки. Има аморфен въглерод, който принадлежи към така наречения елементарен аморфен въглерод (aC), хидрогенирания аморфен въглерод (aC: H) и тетраедричния аморфен въглерод (ta-C).

Елементен аморфен въглерод

Често съкратено като aC или aC, 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 sp2 връзките в тяхната молекулярна структура или организация. Те могат да бъдат представени като серия от групирани равнини, с различни ориентации в пространството, произведение на тетраедричните въглероди, които създават 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 показва името му, той съдържа водород, но ковалентно свързан с въглеродните атоми, а не от молекулен тип (Н2). Това означава, че има CH връзки. 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 (висящи връзки на английски).

При този тип хидрогениран аморфен въглерод се получават филми или покрития с по-ниска твърдост, отколкото тези, получени с та-С.

Тетраедричен аморфен въглерод

Съкратено като та-С, наричано още въглерод подобно на диаманта. Той съдържа голяма част от sp3 хибридизирани връзки.

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 този с най-висок въглероден състав.

свойства

Истинският аморфен въглерод има π връзки, намиращи се с отклонения в междуатомното разстояние и изменение на ъгъла на свързване. Той е хибридизирал с sp2 и sp3 връзки, 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 износоустойчивост. 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 дискутират днес.

Активен въглен

Полезно е да се извършат селективни процеси на абсорбиране или филтриране на замърсители в питейната вода, обезцветяващите разтвори и дори могат 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

Технологичното използване на аморфни въглеродни филми или покрития в разновидности на плоскоекранни и микроелектронни устройства нараства. Съотношението на sp2 и sp3 връзките 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.