Typy, vlastnosti a použití amorfního uhlíku

866
David Holt

The amorfní uhlík Je to všechno alotropický uhlík se strukturami plnými molekulárních vad a nepravidelností. Termín allotrope označuje jediný chemický prvek, jako je atom uhlíku, tvořící různé molekulární struktury; některé krystalické a jiné, jako v tomto případě, amorfní.

Amorfnímu uhlíku chybí krystalická struktura s dlouhým dosahem, která charakterizuje diamant a grafit. To znamená, že strukturální vzor zůstává mírně konstantní při prohlížení oblastí tělesa, které jsou velmi blízko u sebe; A když jsou vzdálené, jejich rozdíly se projeví.

Hořící uhlí. Zdroj: Pixabay

Fyzikální a chemické vlastnosti nebo vlastnosti amorfního uhlíku se také liší od vlastností grafitu a diamantu. Například je tu známé dřevěné uhlí, produkt spalování dřeva (horní obrázek). To není lubrikant a také to není lesklé.

V přírodě existuje několik druhů amorfního uhlíku a tyto odrůdy lze získat také synteticky. Mezi různé formy amorfního uhlí patří saze, aktivní uhlí, saze a dřevěné uhlí..

Amorfní uhlík má významné využití v průmyslu výroby energie, stejně jako v textilním a zdravotnickém průmyslu.

Rejstřík článků

  • 1 Druhy amorfního uhlíku
    • 1.1 Podle jeho původu
    • 1.2 Struktura
    • 1.3 Složení
  • 2 Vlastnosti
  • 3 použití
    • 3.1 Uhlí
    • 3.2 Aktivní uhlí
    • 3.3 Saze
    • 3.4 Amorfní uhlíkové filmy
  • 4 Odkazy

Druhy amorfního uhlíku

Existuje několik kritérií pro jejich klasifikaci, například jejich původ, složení a struktura. Ta závisí na vztahu mezi uhlíky s sp hybridizacemidva a sp3; tj. ty, které definují rovinu nebo čtyřstěn. Proto se anorganická (mineralogická) matrice těchto pevných látek může stát velmi složitou..

Podle jeho původu

Existuje amorfní uhlík přírodního původu, protože je produktem oxidace a forem rozkladu organických sloučenin. Tento typ uhlíku zahrnuje saze, uhlí a uhlík odvozený od karbidů..

Syntetický amorfní uhlík se vyrábí technikami depozice katodickým obloukem a rozprašováním. Synteticky se také vyrábějí amorfní uhlíkové povlaky nebo amorfní uhlíkové filmy podobné diamantu..

Struktura

Také amorfní uhlík lze rozdělit do tří hlavních typů v závislosti na podílu sp vazebdva nebo sp3 současnost, dárek. Existuje amorfní uhlík, který patří do takzvaného elementárního amorfního uhlíku (aC), hydrogenovaného amorfního uhlíku (aC: H) a čtyřboký amorfní uhlík (ta-C).

Elementární amorfní uhlík

Často zkráceně BC nebo BC zahrnuje aktivní uhlí a saze. Odrůdy této skupiny se získávají neúplným spalováním živočišných a rostlinných látek; to znamená, že hoří se stechiometrickým deficitem kyslíku.

Mají vyšší podíl sp odkazůdva ve své struktuře nebo molekulární organizaci. Lze si je představit jako řadu seskupených letadel s různou orientací v prostoru, produkt čtyřboký uhlík, který vytváří heterogenitu v celku..

Z nich byly nanokompozity syntetizovány s vývojem elektronických aplikací a materiálů..

Hydrogenovaný amorfní uhlík

Zkráceno jako BC: H nebo HAC. Patří sem saze, kouř, těžené uhlí, jako je bitumen, a asfalt. Saze lze snadno rozeznat, když v horách poblíž města existuje oheň, kde je pozorován v proudech vzduchu, které jej přenášejí ve formě křehkých černých listů černé barvy..

Jak jeho název napovídá, obsahuje vodík, ale kovalentně vázaný na atomy uhlíku, a nikoli molekulárního typu (Hdva). To znamená, že existují vazby CH. Pokud jedna z těchto vazeb uvolní vodík, bude to orbitál s nepárovým elektronem. Pokud jsou dva z těchto nepárových elektronů velmi blízko u sebe, budou interagovat a způsobovat takzvané visící vazby..

S tímto typem hydrogenovaného amorfního uhlíku se získají filmy nebo povlaky s nižší tvrdostí než ty, které se vyrábějí s ta-C.

Čtyřboký amorfní uhlík

Zkráceně jako ta-C, nazývaný také uhlík podobný diamantu. Obsahuje vysoký podíl sp hybridizovaných dluhopisů3.

Do této klasifikace patří amorfní uhlíkové filmy nebo povlaky s amorfní čtyřboká strukturou. Postrádají vodík, mají vysokou tvrdost a mnoho jejich fyzikálních vlastností je podobných vlastnostem diamantu.

Molekulárně se skládá z čtyřbokých uhlíků, které nepředstavují strukturní vzor dlouhého dosahu; zatímco v diamantu zůstává pořadí konstantní v různých oblastech krystalu. Ta-C může představovat určitý řád nebo vzor charakteristický pro krystal, ale pouze na krátkou vzdálenost.

Složení

Uhlí je organizováno jako černé horninové vrstvy, které obsahují další prvky, jako je síra, vodík, dusík a kyslík. Odtud vznikají amorfní uhlíky, jako je uhlí, rašelina, antracit a lignit. Antracit je ten s nejvyšším složením uhlíku ze všech.

Vlastnosti

Skutečný amorfní uhlík lokalizoval π vazby s odchylkami v interatomickém rozestupu a změnou úhlu vazby. Má sp hybridizované odkazydva a sp3 jehož vztah se mění podle typu amorfního uhlíku.

Jeho fyzikální a chemické vlastnosti souvisejí s jeho molekulární organizací a mikrostrukturou..

Obecně má vlastnosti vysoké stability a vysoké mechanické tvrdosti, tepelné odolnosti a odolnosti proti opotřebení. Kromě toho se vyznačuje vysokou optickou průhledností, nízkým koeficientem tření a odolností vůči různým korozivním látkám..

Amorfní uhlík je citlivý na účinky ozáření, má mimo jiné vysokou elektrochemickou stabilitu a elektrickou vodivost..

Aplikace

Každý z různých typů amorfního uhlíku má své vlastní vlastnosti nebo vlastnosti a velmi zvláštní použití..

Dřevěné uhlí

Uhlí je fosilní palivo, a proto je důležitým zdrojem energie, který se také používá k výrobě elektřiny. Dopad těžby uhlí na životní prostředí a jeho využití v elektrárnách je dnes živě diskutován.

Aktivní uhlí

Je užitečný pro selektivní absorpci nebo filtraci kontaminantů z pitné vody, odbarvovacích roztoků a může dokonce absorbovat sirné plyny.

Saze

Saze jsou široce používány při výrobě pigmentů, tiskových barev a různých barev. Tento uhlík obecně zlepšuje pevnost a odolnost předmětů vyrobených z gumy..

Jako výplň ráfků nebo pneumatik zvyšuje jejich odolnost proti opotřebení a chrání materiály před degradací způsobenou slunečním zářením..

Amorfní uhlíkové filmy

Technologické využití amorfních uhlíkových filmů nebo povlaků v různých plochých a mikroelektronických zařízeních se zvyšuje. Podíl sp odkazůdva a sp3 Díky tomu mají amorfní uhlíkové filmy optické a mechanické vlastnosti s proměnnou hustotou a tvrdostí.

Používají se také mimo jiné v antireflexních nátěrech, v nátěrech pro radiační ochranu..

Reference

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Amorfní uhlí. Obnoveno z: en.wikipedia.org
  3. Kouchi A. (2014) Amorphous Carbon. In: Amils R. a kol. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlín, Heidelberg.
  4. Yami. (21. května 2012). Allotropní formy uhlíku. Obnoveno z: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
  5. Science Direct. (2019). Amorfní uhlík. Obnoveno z: sciencedirect.com
  6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. a Bertran, E. (2011). Tribologické vlastnosti tenkých vrstev fluorovaného amorfního uhlíku. Obnoveno z: researchgate.net

Zatím žádné komentáře