Węgiel amorficzny: rodzaje, właściwości i zastosowania

Węgiel amorficzny to cały ten węgiel alotropowy o strukturach wypełnionych defektami molekularnymi i nieprawidłowościami. Termin alotrop odnosi się do faktu, że pojedynczy pierwiastek chemiczny, taki jak atom węgla, tworzy różne struktury molekularne; niektóre krystaliczne, a inne, jak w tym przypadku, amorficzne.

Węgiel amorficzny pozbawiony jest struktury krystalicznej dalekiego zasięgu, która charakteryzuje diament i grafit. Oznacza to, że wzór strukturalny pozostaje nieco stały, jeśli wizualizuje się obszary ciała stałego bardzo blisko siebie; a kiedy są odległe, ich różnice stają się oczywiste.

Właściwości lub właściwości fizyczne i chemiczne węgla amorficznego różnią się od właściwości grafitu i diamentu. Na przykład mamy słynny węgiel drzewny, produkt spalania drewna (górny obraz). To nie jest smar i nie jest błyszczące.

Istnieje kilka rodzajów bezpostaciowego węgla w przyrodzie i odmiany te można również otrzymać syntetycznie. Wśród różnych form amorficznego węgla jest sadza, węgiel aktywny, sadza i węgiel drzewny.

Węgiel amorficzny ma ważne zastosowania na poziomie przemysłu wytwarzającego energię, a także w przemyśle tekstylnym i sanitarnym.

Amorficzne typy węgla

Istnieje kilka kryteriów ich klasyfikacji, takich jak ich pochodzenie, skład i struktura. Ta ostatnia zależy od zależności między węglami z hybrydyzacjami sp2 i sp3; to znaczy te, które definiują odpowiednio płaszczyznę lub czworościan. Dlatego matryca nieorganiczna (mineralogiczna) tych ciał stałych może stać się bardzo złożona.

Według jego pochodzenia

Istnieje bezpostaciowy węgiel pochodzenia naturalnego, ponieważ jest produktem utleniania i form rozkładu związków organicznych. Wśród tego typu węgla są sadza, węgiel i węgiel pochodzący z węglików.

Syntetyczny bezpostaciowy węgiel wytwarzany jest metodą katodowego osadzania łukowego i katodowego rozpylania katodowego. Syntetycznie wytwarzane są również diamentowe amorficzne węgle lub amorficzne folie węglowe.

Struktura

Także węgiel amorficzny można zgrupować w trzy duże typy w zależności od proporcji obecnych wiązań sp2 lub sp3. Istnieje amorficzny węgiel, który należy do tak zwanego pierwiastkowego węgla amorficznego (aC), uwodornionego węgla amorficznego (aC: H) i tetraedrycznego węgla amorficznego (ta-C).

Elementarny węgiel amorficzny

Często określany skrótem aC lub aC, obejmuje węgiel aktywny i sadzę. Odmiany tej grupy uzyskuje się przez niepełne spalanie substancji zwierzęcych i roślinnych; to znaczy spalają się ze stechiometrycznym niedoborem tlenu.

Mają większy udział wiązań sp2 w ich strukturze molekularnej lub organizacji. Można je sobie wyobrazić jako serię zgrupowanych płaszczyzn, z różnymi orientacjami w przestrzeni, produktem tetraedrycznych węgli, które ustanawiają niejednorodność w całości.

Z nich nanokompozyty zostały zsyntetyzowane przy użyciu aplikacji elektronicznych i rozwoju materiałów.

Amorficzny uwodorniony węgiel

Skrócone jako aC: H lub HAC. Wśród nich jest sadza, dym, węgiel wydobywany jako bitum i asfalty. Sadzę można łatwo odróżnić, gdy na górze sąsiaduje miasto lub miasto, gdzie obserwuje się prądy powietrza, które ciągną ją w postaci delikatnych czarnych liści koloru czarnego.

Jak sama nazwa wskazuje, zawiera wodór, ale kowalencyjnie związany z atomami węgla, a nie z typu molekularnego (H 2 ). Oznacza to, że istnieją łącza CH. Jeśli wodór zostanie uwolniony z jednego z tych wiązań, powstanie orbital z niesparowanym elektronem. Jeśli dwa z tych niesparowanych elektronów są bardzo blisko siebie, będą oddziaływać, powodując tzw. Zwisające wiązania (zwisające wiązanie w języku angielskim).

W przypadku tego typu uwodornionego węgla bezpostaciowego otrzymuje się folie lub powłoki o mniejszej twardości niż te wykonane z ta-C.

Czworościenny bezpostaciowy węgiel

Skrót to ta-C, zwany również węglem podobnym do diamentu. Zawiera dużą część zhybrydyzowanych łączy sp3.

Do tej klasyfikacji należą folie lub powłoki z amorficznego węgla o amorficznej strukturze czworościennej. Brakuje im wodoru, mają wysoką twardość, a wiele z ich właściwości fizycznych jest podobnych do diamentów.

Molekularnie składa się z tetraedrycznych węgli, które nie mają struktury strukturalnej dalekiego zasięgu; podczas gdy w diamentie, kolejność pozostaje stała w różnych obszarach kryształu. Ta-C może prezentować kryształowi określony porządek lub charakterystyczny wzór, ale tylko w krótkim zasięgu.

Skład

Węgiel jest zorganizowany jako warstwy czarnej skały, zawierające inne pierwiastki, takie jak siarka, wodór, azot i tlen. Stąd powstają amorficzne węgle, takie jak węgiel, torf, antracyt i węgiel brunatny. Antracyt to ten o najwyższym składzie węglowym.

Właściwości

Prawdziwy bezpostaciowy węgiel ma wiązania π zlokalizowane z odchyleniami w odstępach międzyatomowych i zmiennością kąta wiązania. Posiada zhybrydyzowane wiązania sp2 i sp3, których zależność zmienia się w zależności od rodzaju amorficznego węgla.

Jego właściwości fizyczne i chemiczne są związane z jego organizacją molekularną i mikrostrukturą.

Zasadniczo ma on właściwości wysokiej stabilności i wysokiej twardości mechanicznej, odporności na ciepło i odporności na zużycie. Ponadto charakteryzuje się wysoką przezroczystością optyczną, niskim współczynnikiem tarcia i odpornością na różne czynniki korozyjne.

Bezpostaciowy węgiel jest wrażliwy na działanie promieniowania, ma między innymi wysoką stabilność elektrochemiczną i przewodność elektryczną.

Używa

Każdy z różnych rodzajów węgla amorficznego ma swoje własne właściwości lub właściwości i bardzo szczególne zastosowania.

Węgiel

Węgiel jest paliwem kopalnym, dlatego jest ważnym źródłem energii, która jest również wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej. Wpływ przemysłu wydobywczego na węgiel na środowisko i jego wykorzystanie w elektrowniach jest dziś szeroko dyskutowany.

Węgiel aktywny

Przydatne jest przeprowadzenie selektywnych procesów absorpcji lub filtracji zanieczyszczeń w wodzie pitnej, roztwory odbarwiające, a nawet absorpcja gazów siarkowych.

Sadza

Sadza jest szeroko stosowana w produkcji pigmentów, farb drukarskich i różnych farb. Ten węgiel ogólnie poprawia wytrzymałość i odporność artykułów wykonanych z gumy.

Jako wypełniacz w oponach lub oponach zwiększa się jego odporność na zużycie i chroni materiały przed degradacją spowodowaną przez światło słoneczne.

Amorficzne filmy węglowe

Wzrasta technologiczne zastosowanie amorficznych folii węglowych lub powłok w odmianach płaskich ekranów i urządzeń mikroelektronicznych. Stosunek wiązań sp2 i sp3 sprawia, że ​​amorficzne powłoki węglowe posiadają właściwości optyczne i mechaniczne o różnej gęstości i twardości.

Są one również stosowane między innymi w powłokach antyrefleksyjnych, w powłokach do ochrony radiologicznej.