Amorfní typy uhlíku, vlastnosti a použití



amorfní uhlík to je vše, co allotropní uhlík se strukturami plnými molekulárních vad a nepravidelností. Termín allotrope se odkazuje na skutečnost, že jediný chemický prvek, takový jako atom uhlíku, tvoří různé molekulární struktury; některé krystalické a jiné, jako v tomto případě, amorfní.

Amorfní uhlík postrádá dlouhodobou krystalickou strukturu, která charakterizuje diamant a grafit. To znamená, že strukturální vzor zůstane mírně konstantní, pokud si představíte oblasti pevné látky velmi blízko u sebe; a když jsou vzdálené, jejich rozdíly se stávají zřejmými.

Vlastnosti nebo fyzikální a chemické vlastnosti amorfního uhlíku jsou také odlišné od vlastností grafitu a diamantu. Máme například slavné dřevěné uhlí, produkt spalování dřeva (top image). To není mazivo, a to ani lesklý.

Existuje několik druhů amorfního uhlíku v přírodě a tyto odrůdy lze také získat synteticky. Saze, aktivní uhlí, saze a aktivní uhlí patří mezi různé formy amorfního uhlíku..

Amorfní uhlík má významné využití na úrovni energetického průmyslu, ale i textilního a sanitárního průmyslu.

Index

  • 1 Typy amorfního uhlíku
    • 1.1 Podle svého 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

Amorfní typy uhlíku

Existuje několik kritérií pro jejich klasifikaci, jako je jejich původ, složení a struktura. Ta závisí na vztahu mezi uhlíky s sp hybridizacemi2 a sp3; to znamená ty, které definují rovinu nebo tetraedr. Proto může být anorganická (mineralogická) matrice těchto pevných látek velmi složitá.

Podle jeho původu

Tam je amorfní uhlík přirozeného původu, protože to je produkt oxidace a formy rozkladu organických sloučenin. Mezi tyto typy uhlíku patří saze, uhlík a uhlík pocházející z karbidů.

Syntetický amorfní uhlík se vyrábí katodickým nanášením oblouku a katodickým rozprašováním. Synteticky se také vyrábějí diamantové amorfní uhlíkové nebo amorfní uhlíkové filmy.

Struktura

Také amorfní uhlík může být rozdělen do tří velkých typů v závislosti na podílu sp2 nebo sp3 přítomen. Tam je amorfní uhlík, který patří do takzvaného elementárního amorfního uhlíku (aC), hydrogenovaný amorfní uhlík (aC: H), a tetrahedral amorfní uhlík (ta-C) \ t.

Elementární amorfní uhlík

Často zkratka jako aC nebo a-C 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 odkazů2 v jeho molekulární struktuře nebo organizaci. Lze si je představit jako sérii seskupených rovin, s různou orientací v prostoru, produktem tetrahedrálních uhlíků, které vytvářejí heterogenitu v celku..

Z nich byly nanokompozity syntetizovány pomocí elektronických aplikací a vývoje materiálů.

Amorfní hydrogenovaný uhlík

Zkratka aC: H nebo HAC. Mezi nimi jsou saze, kouř, uhlí vytěžené jako asfalt a asfalty. Saze jsou snadno rozeznatelné, když je v horách v blízkosti města nebo města oheň, kde je pozorován ve vzdušných proudech, které ho táhnou ve formě křehkých černých listů černé barvy..

Jak již název napovídá, obsahuje vodík, ale kovalentně navázaný na atomy uhlíku, nikoli molekulárního typu (H2). To znamená, že existují odkazy C-H. Pokud se z jedné z těchto vazeb uvolní vodík, bude existovat orbitál s nepárovým elektronem. Pokud jsou dva z těchto nepárových elektronů velmi blízko u sebe, budou působit, což způsobí tzv. Visící vazby (visící vazba, v angličtině).

U tohoto typu hydrogenovaných amorfních uhlíkových filmů nebo povlaků s nižší tvrdostí se získají povlaky s povlaky ta-C.

Tetrahedrální amorfní uhlík

Zkratka ta-C, také volal uhlík podobný diamantu. Obsahuje vysoký podíl sp hybridizovaných odkazů3.

K této klasifikaci patří filmy nebo povlaky amorfního uhlíku s amorfní tetraedrickou strukturou. Chybí jim vodík, mají vysokou tvrdost a mnoho z jejich fyzikálních vlastností je podobných vlastnostem diamantu.

Molekulárně, to sestává z tetrahedral uhlíků, které nemají dlouhodobý strukturální vzor; zatímco v diamantu, pořadí zůstává konstantní v různých oblastech krystalu. Ta-C může představovat určitý řád nebo charakteristický vzor krystalu, ale pouze krátký dosah.

Složení

Uhlí je organizováno jako vrstvy černé skály, obsahující další prvky, jako je síra, vodík, dusík a kyslík. Odtud vznikají amorfní uhlíky jako uhlí, rašelina, antracit a lignit. Antracit je vše, co má nejvyšší uhlíkové složení.

Vlastnosti

Pravý amorfní uhlík má π vazby lokalizované s odchylkami v interatomových rozestupech a variaci úhlu vazby. Má sp hybridizované odkazy2 a sp3 jejichž vztah se mění podle typu amorfního uhlíku.

Jeho fyzikální a chemické vlastnosti souvisí s jeho molekulární organizací a její mikrostrukturou.

Obecně má vlastnosti vysoké stability a vysoké mechanické tvrdosti, tepelné odolnosti a odolnosti proti opotřebení. Kromě toho se vyznačuje tím, že má vysokou optickou transparentnost, nízký koeficient tření a odolnost vůči různým korozivním prostředkům.

Amorfní uhlík je citlivý na účinky ozáření, má kromě jiných vlastností vysokou elektrochemickou stabilitu a elektrickou vodivost..

Použití

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

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 velmi diskutován.

Aktivní uhlí

Je užitečné provádět selektivní absorpční nebo filtrační procesy kontaminantů v pitné vodě, zabarvit roztoky a dokonce i absorbovat plyny síry.

Saze

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

Jako plnivo v pneumatikách nebo pneumatikách zvyšuje jeho odolnost proti opotřebení a chrání materiály před degradací způsobenou slunečním zářením.

Amorfní uhlíkové filmy

Technologické využití amorfních uhlíkových filmů nebo povlaků v odrůdách plochých a mikroelektronických zařízení roste. Podíl sp spinků2 a sp3 způsobuje, že amorfní uhlíkové fólie mají optické a mechanické vlastnosti s různou hustotou a tvrdostí.

Také se používají v antireflexních povlacích, v nátěrech pro radiační ochranu, mimo jiné použití.

Odkazy

  1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chemie (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Amorfní uhlí. Zdroj: en.wikipedia.org
  3. Kouchi A. (2014) Amorfní uhlík. V: Amils R. et al. (eds) Encyklopedie astrobiologie. Springer, Berlín, Heidelberg.
  4. Yami (21. května 2012). Allotropní formy uhlíku. Obnoveno z: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
  5. Science Direct. (2019). Amorfní uhlík. Zdroj: sciencedirect.com
  6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. a Bertran, E. (2011). Tribologické vlastnosti fluorovaných amorfních uhlíkových tenkých vrstev. Zdroj: researchgate.net