Τύποι άμορφου άνθρακα, ιδιότητες και χρήσεις

Το άμορφο άνθρακα είναι όλος ο αλλοτροπικός άνθρακας με δομές γεμάτες από μοριακά ελαττώματα και παρατυπίες. Ο όρος αλλοτρόπος αναφέρεται στο γεγονός ότι ένα μόνο χημικό στοιχείο, όπως το άτομο άνθρακα, σχηματίζει διαφορετικές μοριακές δομές. μερικά κρυσταλλικά, και άλλα, όπως στην περίπτωση αυτή, άμορφο.

Ο άμορφος άνθρακας στερείται της κρυσταλλικής δομής μεγάλης εμβέλειας που χαρακτηρίζει το διαμάντι και τον γραφίτη. Αυτό σημαίνει ότι το δομικό σχέδιο παραμένει ελαφρώς σταθερό εάν οπτικοποιήσετε τις περιοχές του στερεού πολύ κοντά το ένα στο άλλο. και όταν είναι απομακρυσμένες, οι διαφορές τους γίνονται εμφανείς.

Τα χαρακτηριστικά ή οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του άμορφου άνθρακα είναι επίσης διαφορετικές από εκείνες του γραφίτη και του διαμαντιού. Για παράδειγμα, έχουμε το περίφημο κάρβουνο, προϊόν καύσης ξύλου (κορυφαία εικόνα). Αυτό δεν είναι λιπαντικό, και δεν είναι επίσης λαμπερό.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι άμορφου άνθρακα στη φύση και αυτές οι ποικιλίες μπορούν επίσης να ληφθούν συνθετικά. Ο άνθρακας, ο ενεργός άνθρακας, η αιθάλη και ο άνθρακας είναι μεταξύ των διαφόρων μορφών άμορφου άνθρακα..

Ο άμορφος άνθρακας έχει σημαντικές χρήσεις στο επίπεδο της βιομηχανίας ηλεκτροπαραγωγής, καθώς και στις κλωστοϋφαντουργικές και υγειονομικές βιομηχανίες.

Ευρετήριο

• 1 Τύποι άμορφου άνθρακα
  • 1.1 Σύμφωνα με την προέλευσή του
  • 1.2 Δομή
  • 1.3 Σύνθεση
• 2 Ιδιότητες
• 3 Χρήσεις
  • 3.1 Ο άνθρακας
  • 3.2 Ενεργός άνθρακας
  • 3.3 Ο αιθάλη
  • 3.4 Ταινίες άμορφου άνθρακα
• 4 Αναφορές

Τύποι άμορφου άνθρακα

Υπάρχουν διάφορα κριτήρια για την ταξινόμησή τους, όπως η προέλευση, η σύνθεση και η δομή τους. Ο τελευταίος εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ των ανθράκων με τις υβριδοποιήσεις sp² και sp³? δηλαδή, εκείνες που ορίζουν ένα επίπεδο ή ένα τετράεδρο, αντίστοιχα. Επομένως, η ανόργανη (ορυκτολογική) μήτρα αυτών των στερεών μπορεί να γίνει πολύ περίπλοκη.

Σύμφωνα με την προέλευσή του

Υπάρχει άμορφος άνθρακας φυσικής προέλευσης, επειδή είναι προϊόν οξείδωσης και μορφές αποσύνθεσης οργανικών ενώσεων. Μεταξύ αυτού του τύπου άνθρακα είναι η αιθάλη, ο άνθρακας και ο άνθρακας που παράγονται από καρβίδια.

Ο συνθετικός άμορφος άνθρακας παράγεται με την καθίζηση με καθοδικό τόξο και με τεχνικές καθοδικής έκρηξης. Συνθετικά, κατασκευάζονται επίσης φιλμ άμορφου άνθρακα με διαμάντια ή άμορφο άνθρακα.

Δομή

Επίσης, ο άμορφος άνθρακας μπορεί να ομαδοποιηθεί σε τρεις μεγάλους τύπους ανάλογα με την αναλογία sp² ή sp³ παρόν. Υπάρχει ο άμορφος άνθρακας, ο οποίος ανήκει στον λεγόμενο στοιχειακό άμορφο άνθρακα (aC), τον υδρογονωμένο άμορφο άνθρακα (aC: H) και τον τετραεδρικό άμορφο άνθρακα (ta-C).

Στοιχειακός άμορφος άνθρακας

Συχνά συντομογραφείται ως aC ή a-C, περιλαμβάνει ενεργό άνθρακα και αιθάλη. Οι ποικιλίες αυτής της ομάδας προέρχονται από την ατελή καύση ζωικών και φυτικών ουσιών. δηλαδή, καίγονται με ένα στοιχειομετρικό έλλειμμα οξυγόνου.

Έχουν υψηλότερο ποσοστό συνδέσεων sp² στη μοριακή δομή ή οργάνωση. Μπορούν να φανταστούν ως μια σειρά ομαδοποιημένων αεροπλάνων, με διαφορετικούς προσανατολισμούς στο διάστημα, προϊόν των τετραεδρικών ανθράκων που καθιερώνουν ετερογένεια στο σύνολο.

Από αυτά, τα νανοσύνθετα έχουν συντεθεί με ηλεκτρονικές εφαρμογές και ανάπτυξη υλικών.

Άμορφο υδρογονωμένο άνθρακα

Συντομογραφία ως aC: H ή HAC. Μεταξύ αυτών είναι η αιθάλη, ο καπνός, ο άνθρακας που εξάγεται ως πίσσα και οι ασφαλτικές. Η αιθάλη μπορεί εύκολα να διακρίνεται όταν υπάρχει πυρκαγιά σε ένα βουνό δίπλα σε μια πόλη ή πόλη, όπου παρατηρείται στα ρεύματα αέρα που τα μεταφέρουν με τη μορφή ευαίσθητων μαύρων φύλλων μαύρου χρώματος.

Όπως υποδηλώνει το όνομά του, περιέχει υδρογόνο, αλλά ομοιοπολικά συνδεδεμένο με τα άτομα άνθρακα και όχι μοριακού τύπου (Η₂). Δηλαδή, υπάρχουν συνδέσεις C-H. Εάν απελευθερώνεται υδρογόνο από έναν από αυτούς τους δεσμούς, θα υπάρχει ένα τροχιακό με ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο. Εάν δύο από αυτά τα μη συζευγμένα ηλεκτρόνια είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο, θα αλληλεπιδρούν προκαλώντας τους λεγόμενους κωλυσιδωτούς δεσμούς (dangling bond, στα αγγλικά).

Με αυτόν τον τύπο φιλμ υδρογονωμένου άμορφου άνθρακα ή επιχρίσματα χαμηλότερης σκληρότητας αποκτούνται από εκείνα που κατασκευάζονται με ta-C.

Τετραεδρικό άμορφο άνθρακα

Συντομογραφία ως ta-C, ονομάζεται επίσης άνθρακα παρόμοιο με το διαμάντι. Περιέχει υψηλό ποσοστό υβριδικών συνδέσεων sp³.

Σε αυτή την ταξινόμηση ανήκουν οι μεμβράνες ή οι επικαλύψεις άμορφου άνθρακα, με άμορφη τετραεδρική δομή. Έχουν έλλειψη υδρογόνου, έχουν μεγάλη σκληρότητα και πολλές από τις φυσικές τους ιδιότητες είναι παρόμοιες με εκείνες του διαμαντιού.

Μοριακά, αποτελείται από τετραεδρικούς άνθρακες που δεν έχουν δομικό σχήμα μεγάλης απόστασης. ενώ στο διαμάντι, η σειρά παραμένει σταθερή σε διάφορες περιοχές του κρυστάλλου. Το ta-C μπορεί να παρουσιάσει μια συγκεκριμένη τάξη ή ένα χαρακτηριστικό μοτίβο σε ένα κρύσταλλο, αλλά μόνο σε κοντινή απόσταση.

Σύνθεση

Ο άνθρακας οργανώνεται ως στρώματα από μαύρο βράχο, που περιέχει άλλα στοιχεία όπως το θείο, το υδρογόνο, το άζωτο και το οξυγόνο. Από εδώ προκύπτουν άμορφοι άνθρακες όπως άνθρακας, τύρφη, ανθρακίτης και λιγνίτης. Ο ανθρακίτης είναι όλοι αυτοί που έχουν τη μεγαλύτερη σύνθεση άνθρακα.

Ιδιότητες

Ο πραγματικός άμορφος άνθρακας έχει π δεσμούς που εντοπίζονται με αποκλίσεις στην διατοματική απόσταση και μεταβολή στη γωνία δέσμευσης. Έχει sp υβριδισμένες συνδέσεις² και sp³ της οποίας η σχέση ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του άμορφου άνθρακα.

Οι φυσικές και χημικές ιδιότητές του σχετίζονται με τη μοριακή οργάνωση και τη μικροδομή του.

Γενικά, έχει ιδιότητες υψηλής σταθερότητας και υψηλή μηχανική σκληρότητα, αντοχή στη θερμότητα και αντίσταση στη φθορά. Επιπλέον, χαρακτηρίζεται επειδή έχει υψηλή οπτική διαφάνεια, χαμηλό συντελεστή τριβής και αντίσταση σε διάφορους διαβρωτικούς παράγοντες.

Ο άμορφος άνθρακας είναι ευαίσθητος στις επιδράσεις της ακτινοβολίας, έχει υψηλή ηλεκτροχημική σταθερότητα και ηλεκτρική αγωγιμότητα, μεταξύ άλλων ιδιοτήτων.

Χρησιμοποιεί

Κάθε ένας από τους διαφορετικούς τύπους άμορφου άνθρακα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά ή ιδιότητες και πολύ συγκεκριμένες χρήσεις.

Ο άνθρακας

Ο άνθρακας είναι ένα ορυκτό καύσιμο και ως εκ τούτου αποτελεί σημαντική πηγή ενέργειας, η οποία χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της βιομηχανίας εξόρυξης άνθρακα και η χρήση της σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής συζητούνται σήμερα πολύ.

Ενεργός άνθρακας

Είναι χρήσιμο να διεξάγονται διεργασίες εκλεκτικής απορρόφησης ή διήθησης μολυσματικών ουσιών στο πόσιμο νερό, διαλύματα αποχρωματισμού και μπορεί να απορροφούν ακόμη και θειούχα αέρια.

Μαύρο άνθρακα

Ο άνθρακας χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή χρωστικών ουσιών, μελανιών εκτύπωσης και ποικίλων χρωμάτων. Αυτός ο άνθρακας βελτιώνει γενικά τη δύναμη και αντοχή των αντικειμένων που κατασκευάζονται με καουτσούκ.

Ως υλικό πλήρωσης σε ελαστικά ή ελαστικά αυξάνει την αντοχή του σε φθορά και προστατεύει τα υλικά από την υποβάθμιση που προκαλείται από το φως του ήλιου.

Ταινίες άμορφου άνθρακα

Η τεχνολογική χρήση ταινιών ή επικαλύψεων άμορφου άνθρακα σε ποικιλίες επίπεδης οθόνης και μικροηλεκτρονικές συσκευές αυξάνεται. Το ποσοστό των sp συνδέσεων² και sp³ κάνει τις ταινίες άμορφου άνθρακα να έχουν οπτικές και μηχανικές ιδιότητες ποικίλης πυκνότητας και σκληρότητας.

Επίσης, χρησιμοποιούνται σε αντιανακλαστικές επικαλύψεις, σε επικαλύψεις για ακτινοπροστασία, μεταξύ άλλων χρήσεων.

Αναφορές

1. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (Τέταρτη έκδοση). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Άμορφος άνθρακας. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
3. Κουχύ Α. (2014) Άμορφος άνθρακας. Στο: Amils R. et αϊ. (eds) Εγκυκλοπαίδεια της Αστροβιολογίας. Springer, Βερολίνο, Χαϊδελβέργη.
4. Yami (21 Μαΐου 2012). Αλλοτροπικές μορφές άνθρακα. Ανάκτηση από: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Άμορφος άνθρακας. Ανακτήθηκε από: sciencedirect.com
6. Rubio-Roy, Μ., Corbella, C. and Bertran, Ε. (2011). Τριβολογικές ιδιότητες των λεπτών ταινιών με φθοριωμένο άμορφο άνθρακα. Ανακτήθηκε από: researchgate.net