Carbonul amorf: tipuri, proprietăți și utilizări

Carbonul amorf este tot carbonul alotropic, cu structuri pline de defecte moleculare și nereguli. Termenul alotrop se referă la faptul că un singur element chimic, precum atomul de carbon, formează structuri moleculare diferite; unele cristaline, iar altele, ca în acest caz, amorfe.

Carbonul amorf nu are structura cristalină de lungă durată care caracterizează diamantul și grafitul. Aceasta înseamnă că modelul structural rămâne ușor constant dacă vizualizați regiunile solidului foarte apropiate unul de celălalt; și când sunt departe, diferențele devin evidente.

Caracteristicile sau proprietățile fizice și chimice ale carbonului amorf sunt, de asemenea, diferite de cele ale grafitului și diamantului. De exemplu, avem carbune celebru, un produs de ardere a lemnului (imagine de sus). Acesta nu este un lubrifiant, și nici nu este strălucitor.

Există mai multe tipuri de carbon amorf în natură și aceste soiuri pot fi obținute sintetic. Printre diferitele forme de carbon amorf se numără negru de fum, carbon activ, funingine și cărbune.

Carbonul amorf are o utilizare importantă atât la nivelul industriei producătoare de energie, cât și în industria textilă și sanitară.

Tipuri de carbon amorf

Există mai multe criterii pentru a le clasifica, cum ar fi originea, compoziția și structura lor. Aceasta din urmă depinde de relația dintre carbonii cu hibridizări sp2 și sp3; adică acelea care definesc un plan sau un tetraedru, respectiv. Prin urmare, matricea anorganică (mineralogică) a acestor solide poate deveni foarte complexă.

În funcție de originea sa

Există carbon amorf de origine naturală, deoarece este un produs de oxidare și forme de descompunere a compușilor organici. Printre acest tip de carbon se numără funinginea, carbonul și carbonul derivat din carburi.

Carbonul amorf sintetic este produs prin depunerea catodică a arcului și tehnicile de pulverizare catodică. Sunt fabricate, de asemenea, sintetic, filme de carbon amorf sau diamant de carbon amorf.

structură

De asemenea, carbonul amorf poate fi grupat în trei tipuri mari, în funcție de proporția de legături sp2 sau sp3 prezente. Există carbonul amorf, care aparține așa-numitului carbon amorf elementar (aC), carbonul amorf hidrogenat (aC: H) și carbonul tetraedric amorf (ta-C).

Elementar carbon amorf

Frecvent abreviat ca aC sau aC, include carbon activ și negru de fum. Soiurile din acest grup sunt obținute prin arderea incompletă a substanțelor animale și vegetale; adică arde cu un deficit stoichiometric de oxigen.

Ei au o proporție mai mare de legături sp2 în structura sau organizarea lor moleculară. Ele pot fi imaginate ca o serie de planuri grupate, cu orientări diferite în spațiu, produse ale carbonelor tetraedrice care stabilesc eterogenitatea în ansamblu.

Dintre acestea, nanocompozitele au fost sintetizate cu aplicații electronice și dezvoltarea materialelor.

Amorf hidrogenat de carbon

Abreviat ca aC: H sau HAC. Printre acestea se numără funinginea, fumul, cărbunele extrase ca bitum și asfaltele. Funcția de funingine este ușor de distins atunci când există un incendiu într-un munte adiacent unui oraș sau oraș, unde se observă în curenții de aer care o trag sub formă de frunze negre fragile de culoare neagră.

După cum indică și numele, acesta conține hidrogen, dar legat covalent de atomii de carbon și nu de tipul molecular (H2). Asta este, există legături CH. Dacă hidrogenul este eliberat de una dintre aceste legături, va exista un orbital cu un electron neparat. Dacă doi dintre acești electroni neparticipați sunt foarte apropiați unul de celălalt, ei vor interacționa cauzând așa-numitele legături care se rostogolesc (în engleză).

Cu acest tip de carbon amorf hidrogenat, se obțin filme sau straturi de acoperire cu duritate inferioară celor realizate cu ta-C.

Carbon carbon amorf

Abreviat ca ta-C, de asemenea numit carbon similar cu diamantul. Acesta conține o proporție mare de legături hibride sp3.

La această clasificare apar filmele sau straturile de carbon amorf, cu o structură amorfă tetraedrică. Ele nu au hidrogen, au o duritate ridicată și multe proprietăți fizice sunt similare cu cele ale diamantului.

Din punct de vedere molecular, este alcătuit din carbon tetraedric care nu are o structură structurală pe distanțe lungi; în timp ce în diamant ordinea rămâne constantă în diferite regiuni ale cristalului. Ta-C poate prezenta un anumit ordin sau un model caracteristic unui cristal, dar numai la un interval scurt.

compoziție

Cărbunele este organizată ca straturi de rocă neagră, care conține alte elemente cum ar fi sulful, hidrogenul, azotul și oxigenul. De aici apar carboni amorfi, cum ar fi cărbune, turbă, antracit și lignit. Antracitul este cel cu cea mai mare compoziție de carbon.

proprietăţi

Carbonul amorf adevărat are legături π situate cu deviații în intervalul interatomic și variația în unghiul de legătură. Are legături sp2 și sp3 hibridizate ale căror relații variază în funcție de tipul de carbon amorf.

Proprietățile sale fizice și chimice sunt legate de organizarea moleculară și microstructura sa.

În general, are proprietăți de înaltă stabilitate și duritate mecanică ridicată, rezistență la căldură și rezistență la uzură. În plus, este caracterizat prin faptul că are transparență optică ridicată, coeficient scăzut de frecare și rezistență la diferiți agenți corozivi.

Carbonul amorf este sensibil la efectele iradierii, are o stabilitate electrochimică ridicată și conductivitate electrică, printre alte proprietăți.

aplicații

Fiecare dintre diferitele tipuri de carbon amorf are propriile sale caracteristici sau proprietăți și utilizări foarte specifice.

Cărbunele

Cărbunele este un combustibil fosil și, prin urmare, este o sursă importantă de energie, care este de asemenea folosită pentru a genera energie electrică. Impactul asupra mediului al industriei miniere a cărbunelui și utilizarea acestuia în centralele electrice sunt discutate astăzi.

Carbon activat

Este util să se realizeze procese selective de absorbție sau filtrare a contaminanților în apa de băut, soluții decolorante și poate chiar să absoarbă gazele sulfurate.

Negru de negru

Negrul de fum este utilizat pe scară largă în producția de pigmenți, cerneluri tipografice și o varietate de vopsele. Acest carbon îmbunătățește, în general, rezistența și rezistența articolelor fabricate din cauciuc.

Deoarece umplutura în anvelope sau pneuri crește rezistența la uzură și protejează materialele de degradarea cauzată de lumina soarelui.

Filme din carbon amorf

Folosirea tehnologică a filmelor sau a straturilor de carbon amorfe în varietăți de dispozitive cu ecran plat și dispozitive microelectronice este în creștere. Raportul dintre legăturile sp2 și sp3 face ca filmele de carbon amorf să aibă proprietăți optice și mecanice de densitate și duritate variate.

De asemenea, ele sunt utilizate în acoperiri antireflective, în acoperiri pentru protecție radiologică, printre alte utilizări.