Amorfné typy uhlíka, vlastnosti a použitie



amorfný uhlík je to všetko ten allotropický uhlík so štruktúrami plnými molekulárnych defektov a nepravidelností. Termín allotrope sa vzťahuje na skutočnosť, že jediný chemický prvok, ako je atóm uhlíka, tvorí rôzne molekulárne štruktúry; niektoré kryštalické a iné, ako v tomto prípade, amorfné.

Amorfnému uhlíku chýba kryštalická štruktúra s dlhým dosahom, ktorá charakterizuje diamant a grafit. To znamená, že štruktúrny vzor zostáva mierne konštantný, ak vidíte oblasti pevnej látky veľmi blízko pri sebe; a keď sú vzdialení, ich rozdiely sa prejavia.

Vlastnosti alebo fyzikálne a chemické vlastnosti amorfného uhlíka sú tiež odlišné od vlastností grafitu a diamantu. Napríklad máme známe drevené uhlie, produkt spaľovania dreva (top image). To nie je mazivo, a to nie je ani lesklý.

V prírode existuje niekoľko typov amorfného uhlíka a tieto odrody sa môžu tiež získať synteticky. Sadze, aktívne uhlie, sadze a drevené uhlie patria medzi rôzne formy amorfného uhlíka..

Amorfný uhlík má významné využitie na úrovni energetického priemyslu, ako aj v textilnom a sanitárnom priemysle.

index

  • 1 Typy amorfného uhlíka
    • 1.1 Podľa jeho pôvodu
    • 1.2 Štruktúra
    • 1.3 Zloženie
  • 2 Vlastnosti
  • 3 Použitie
    • 3.1 Uhlie
    • 3.2 Aktívne uhlie
    • 3.3 Sadze
    • 3.4 Amorfné uhlíkové filmy
  • 4 Odkazy

Amorfné typy uhlíka

Existuje niekoľko kritérií na ich klasifikáciu, ako je ich pôvod, zloženie a štruktúra. Tá závisí od vzťahu medzi atómami uhlíka a sp hybridizáciami2 a sp3; to znamená tie, ktoré definujú rovinu alebo tetraedrón. Preto anorganická (mineralogická) matrica týchto pevných látok môže byť veľmi zložitá.

Podľa jeho pôvodu

Existuje amorfný uhlík prírodného pôvodu, pretože je produktom oxidácie a foriem rozkladu organických zlúčenín. Medzi tieto typy uhlíka patria sadze, uhlík a uhlík odvodený z karbidov.

Syntetický amorfný uhlík sa vyrába katódovým nanášaním oblúkom a katódovým rozprašovaním. Synteticky sa tiež vyrábajú diamantové amorfné uhlíkové alebo amorfné uhlíkové filmy.

štruktúra

Tiež amorfný uhlík môže byť rozdelený do troch veľkých typov v závislosti od podielu sp2 alebo sp3 prítomná. Existuje amorfný uhlík, ktorý patrí do takzvaného elementárneho amorfného uhlíka (aC), hydrogenovaného amorfného uhlíka (aC: H) a tetraedrického amorfného uhlíka (ta-C)..

Elementárny amorfný uhlík

Často sú skrátené ako aC alebo a-C a obsahujú aktívne uhlie a sadze. Odrody tejto skupiny sa získavajú neúplným spaľovaním živočíšnych a rastlinných látok; to znamená, že horia so stechiometrickým deficitom kyslíka.

Majú vyšší podiel sp spinkov2 vo svojej molekulárnej štruktúre alebo organizácii. Môžeme si ich predstaviť ako sériu zoskupených rovín, s rôznou orientáciou v priestore, produktom tetrahedrálnych uhlíkov, ktoré vytvárajú heterogenitu v celku..

Z nich boli nanokompozity syntetizované elektronickými aplikáciami a vývojom materiálov.

Amorfný hydrogenovaný uhlík

Skrátene ako aC: H alebo HAC. Medzi nimi sú sadze, dym, uhlie extrahované ako bitúmen a asfalty. Sadze sú ľahko rozoznateľné, keď sa v horskom prostredí v blízkosti mesta alebo mesta nachádza požiar v miestach, kde je pozorovaný vo vzdušných prúdoch, ktoré ho tiahnu vo forme krehkých čiernych listov čiernej farby..

Ako už názov napovedá, obsahuje vodík, ale kovalentne naviazaný na atómy uhlíka a nie na molekulárny typ (H2). To znamená, že existujú odkazy C-H. Ak sa z jednej z týchto väzieb uvoľní vodík, bude existovať orbitál s nepárovým elektrónom. Ak sú dva z týchto nepárových elektrónov veľmi blízko pri sebe, budú vzájomne pôsobiť, čo spôsobí tzv..

Pri tomto type hydrogenovaných amorfných uhlíkových filmov alebo povlakov s nižšou tvrdosťou sa získajú materiály, ktoré sa vyrábajú s ta-C.

Tetraedrický amorfný uhlík

Skrátený ako ta-C, tiež nazývaný uhlík podobný diamantu. Obsahuje vysoký podiel sp hybridizovaných odkazov3.

Do tejto klasifikácie patria filmy alebo povlaky amorfného uhlíka s amorfnou tetraedrickou štruktúrou. Chýbajú im vodík, majú vysokú tvrdosť a mnohé z ich fyzikálnych vlastností sú podobné vlastnostiam diamantu.

Molekulárne sa skladá z tetraedrických uhlíkov, ktoré nemajú štruktúrny vzor dlhého doletu; zatiaľ čo v diamante, poradie zostáva konštantné v rôznych oblastiach kryštálu. Ta-C môže predstavovať určitý rád alebo charakteristický vzor kryštálu, ale len krátkeho dosahu.

zloženie

Uhlie je organizované ako vrstvy čiernej horniny, obsahujúce ďalšie prvky, ako sú síra, vodík, dusík a kyslík. Odtiaľ vznikajú amorfné uhlíky ako uhlie, rašelina, antracit a lignit. Antracit je všetko, čo má najvyššie uhlíkové zloženie.

vlastnosti

Skutočný amorfný uhlík má π väzby lokalizované s odchýlkami v interatomických rozstupoch a variáciách v uhle väzby. Má sp hybridizované odkazy2 a sp3 ktorých vzťah sa líši podľa typu amorfného uhlíka.

Jeho fyzikálne a chemické vlastnosti súvisia s jeho molekulárnou organizáciou a jej mikroštruktúrou.

Všeobecne má vlastnosti vysokej stability a vysokej mechanickej tvrdosti, tepelnej odolnosti a odolnosti proti opotrebeniu. Okrem toho sa vyznačuje tým, že má vysokú optickú transparentnosť, nízky koeficient trenia a odolnosť voči rôznym korozívnym činidlám.

Amorfný uhlík je citlivý na účinky ožiarenia, má okrem iných vlastností aj vysokú elektrochemickú stabilitu a elektrickú vodivosť..

aplikácie

Každý z rôznych typov amorfného uhlíka má svoje vlastné charakteristiky alebo vlastnosti a veľmi konkrétne použitie.

Uhlie

Uhlie je fosílne palivo, a preto je dôležitým zdrojom energie, ktorý sa využíva aj na výrobu elektriny. O environmentálnom vplyve uhoľného priemyslu a jeho využívaní v elektrárňach sa dnes veľa diskutuje.

Aktívne uhlie

Je vhodné uskutočňovať selektívne absorpčné alebo filtračné procesy kontaminantov v pitnej vode, odfarbovať roztoky a dokonca absorbovať plyny síry.

Sadze

Sadze sa široko používajú pri výrobe pigmentov, tlačiarenských farieb a rôznych farieb. Tento uhlík všeobecne zlepšuje pevnosť a odolnosť výrobkov vyrobených z gumy.

Ako plnivo v pneumatikách alebo pneumatikách zvyšuje jeho odolnosť voči opotrebeniu a chráni materiály pred degradáciou spôsobenou slnečným svetlom.

Amorfné uhlíkové filmy

Technologické využitie amorfných uhlíkových filmov alebo povlakov v odrôd plochých a mikroelektronických zariadení rastie. Podiel odkazov sp2 a sp3 robí amorfné uhlíkové filmy optické a mechanické vlastnosti s rôznou hustotou a tvrdosťou.

Tiež sa používajú v antireflexných náteroch, v náteroch na rádiologickú ochranu, okrem iných použití.

referencie

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chémia (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Amorfné uhlie. Zdroj: en.wikipedia.org
  3. Kouchi A. (2014) Amorfný uhlík. In: Amils R. a kol. (eds) Encyklopédia astrobiológie. Springer, Berlín, Heidelberg.
  4. Yami. (21. máj 2012). Allotropické formy uhlíka. Obnovené z: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
  5. Science Direct. (2019). Amorfný uhlík. Zdroj: sciencedirect.com
  6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. a Bertran, E. (2011). Tribologické vlastnosti fluórovaných amorfných uhlíkových tenkých vrstiev. Zdroj: researchgate.net