Amorfni tipovi ugljika, svojstva i upotreba



amorfni ugljik to je sve što je alotropni ugljik sa strukturama punim molekularnih defekata i nepravilnosti. Izraz alotrop odnosi se na činjenicu da jedan kemijski element, kao što je atom ugljika, tvori različite molekularne strukture; neki kristalni, a drugi, kao u ovom slučaju, amorfni.

Amorfnom ugljiku nedostaje dugodometna kristalna struktura koja karakterizira dijamant i grafit. To znači da strukturalni uzorak ostaje lagano konstantan ako vizualizirate dijelove krutine vrlo blizu jedna drugoj; a kada su udaljene, njihove razlike postaju očite.

Karakteristike ili fizikalna i kemijska svojstva amorfnog ugljika također se razlikuju od karakteristika grafita i dijamanta. Na primjer, imamo poznati ugljen, proizvod izgaranja drva (gornja slika). Ovo nije mazivo, a nije ni sjajno.

U prirodi postoji nekoliko vrsta amorfnog ugljika, a te se sorte mogu dobiti i sintetski. Čađa, aktivni ugljen, čađa i ugljen spadaju u različite oblike amorfnog ugljika..

Amorfni ugljik ima važnu primjenu na razini proizvodnje električne energije, kao iu tekstilnoj i sanitarnoj industriji.

indeks

  • 1 Vrste amorfnog ugljika
    • 1.1
    • 1.2 Struktura
    • 1.3 Sastav
  • 2 Svojstva
  • 3 Upotreba
    • 3.1 Ugljen
    • 3.2 Aktivni ugljen
    • 3.3 Čađa
    • 3.4 Amorfni ugljični filmovi
  • 4 Reference

Tipovi amorfnog ugljika

Postoji nekoliko kriterija za njihovo razvrstavanje, kao što su njihovo porijeklo, sastav i struktura. Potonje ovisi o odnosu ugljika s sp hibridizacijama2 i sp3; to jest, one koje definiraju ravninu, odnosno tetraedar. Stoga anorganska (mineraloška) matrica tih krutina može postati vrlo složena.

Prema svom porijeklu

Postoji amorfni ugljik prirodnog podrijetla, jer je proizvod oksidacije i oblika razgradnje organskih spojeva. Među ovom vrstom ugljika su čađa, ugljik i ugljik izvedeni iz karbida.

Sintetički amorfni ugljik se proizvodi katodnim nanošenjem i tehnikama katodnog prskanja. Sintetički se također proizvode dijamantni amorfni ugljični ili amorfni ugljični filmovi.

struktura

Također se amorfni ugljik može grupirati u tri velika tipa ovisno o udjelu sp2 ili sp3 prisutni. Postoji amorfni ugljik, koji pripada takozvanom elementarnom amorfnom ugljiku (aC), hidrogeniranom amorfnom ugljiku (aC: H) i tetraedarnom amorfnom ugljiku (ta-C)..

Elementarni amorfni ugljik

Često skraćeno kao aC ili a-C, uključuje aktivni ugljen i čađu. Sorte ove skupine dobivene su nepotpunim izgaranjem životinjskih i biljnih tvari; to jest, oni gori sa stehiometrijskim deficitom kisika.

Oni imaju veći udio sp linkova2 u svojoj molekularnoj strukturi ili organizaciji. One se mogu zamisliti kao niz grupiranih ravnina, s različitim orijentacijama u prostoru, proizvodom tetraedarnih ugljika koji uspostavljaju heterogenost u cjelini..

Od njih su sintetizirani nanokompoziti s elektroničkim aplikacijama i razvojem materijala.

Amorfni hidrogenirani ugljik

Skraćeno kao a: H ili HAC. Među njima su čađa, dim, ugljen izvađen kao bitumen i asfalt. Čađa se lako razlikuje kada se pojavi požar na planini u blizini grada ili grada, gdje se uočava u zračnim strujama koje ga vuku u obliku krhkih crnih listova crne boje..

Kao što ime sugerira, sadrži vodik, ali kovalentno vezan za atome ugljika, a ne molekularnog tipa (H2). To jest, postoje C-H veze. Ako se iz jedne od tih veza oslobodi vodik, postojat će orbita s nesparenim elektronom. Ako su dva od tih neuparenih elektrona vrlo blizu jedan drugome, oni će međusobno djelovati uzrokujući tzv. Viseće veze (viseća veza, na engleskom).

Kod ove vrste dobiveni su hidrogenirani amorfni ugljični filmovi ili premazi manje tvrdoće od onih dobivenih s ta-C.

Tetraedarski amorfni ugljik

Skraćeno kao ta-C, također nazvano ugljikom sličnim dijamantu. Sadrži visok udio sp hibridiziranih veza3.

Ovoj klasifikaciji pripadaju filmovi ili premazi amorfnog ugljika, s amorfnom tetraedarnom strukturom. Njima nedostaje vodik, imaju visoku tvrdoću, a mnoga njihova fizička svojstva slična su onima dijamanta.

Molekularno, sastoji se od tetraedarnih ugljika koji nemaju strukturu dugog dometa; dok u dijamantu, red ostaje konstantan u različitim dijelovima kristala. Ta-C može predstavljati određeni red ili karakterističan uzorak kristalu, ali samo kratkog dometa.

sastav

Ugljen je organiziran kao sloj crnih stijena, koji sadrži druge elemente kao što su sumpor, vodik, dušik i kisik. Odavde nastaju amorfni ugljici kao što su ugljen, treset, antracit i lignit. Antracit je sve što ima najviši ugljični sastav.

nekretnine

Pravi amorfni ugljik ima π veze koje se nalaze s odstupanjima u međatomatskom razmaku i varijacijama u kutu veze. Ima hibridizirane veze2 i sp3 čija veza varira prema tipu amorfnog ugljika.

Njegova fizikalna i kemijska svojstva povezana su s njegovom molekularnom organizacijom i njezinom mikrostrukturom.

Općenito, ima svojstva visoke stabilnosti i visoke mehaničke tvrdoće, otpornosti na toplinu i otpornosti na habanje. Osim toga, karakterizira ga visoka optička transparentnost, nizak koeficijent trenja i otpornost na različita korozivna sredstva.

Amorfni ugljik je osjetljiv na učinke zračenja, ima visoku elektrokemijsku stabilnost i električnu vodljivost, među ostalim svojstvima.

aplikacije

Svaki od različitih tipova amorfnog ugljika ima svoja svojstva ili svojstva i vrlo specifične primjene.

Ugljen

Ugljen je fosilno gorivo i stoga je važan izvor energije, koji se također koristi za proizvodnju električne energije. O utjecaju rudarske industrije na okoliš i njegovoj uporabi u elektranama danas se mnogo govori.

Aktivni ugljen

Korisno je provesti selektivne procese apsorpcije ili filtracije kontaminanata u vodi za piće, otopinama obojenja i čak apsorbirati sumporne plinove.

Čađa

Čađa se široko koristi u proizvodnji pigmenata, tiskarskih boja i raznih boja. Ovaj ugljik općenito poboljšava čvrstoću i otpornost predmeta od gume.

Kao punilo u gumama ili gumama povećava se njegova otpornost na habanje i štiti materijale od propadanja uzrokovanog sunčevom svjetlošću.

Amorfni ugljični filmovi

Tehnološka primjena amorfnih ugljikovih filmova ili premaza u varijantama ravnih i mikroelektronskih uređaja raste. Udio sp veza2 i sp3 čini amorfne ugljikove filmove optičkim i mehaničkim svojstvima različite gustoće i tvrdoće.

Također se koriste u antirefleksnim premazima, u premazima za radiološku zaštitu, između ostalog.

reference

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018.). Amorfni ugljen. Preuzeto s: en.wikipedia.org
  3. Kouchi A. (2014) Amorfni ugljik. U: Amils R. i sur. (eds) Enciklopedija astrobiologije. Springer, Berlin, Heidelberg.
  4. Yami. (21. svibnja 2012.) Alotropni oblici ugljika. Oporavio se od: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
  5. Science Direct. (2019). Amorfni ugljik. Preuzeto s: sciencedirect.com
  6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. i Bertran, E. (2011). Tribološka svojstva fluoriranih amorfnih ugljičnih tankih filmova. Preuzeto s: researchgate.net