АМОРФНИЙ ВУГЛЕЦЬ: ТИПИ, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Аморфного вуглецю будь аллотропних структури , наповнені вуглецевими молекулярними дефектами і порушеннями. Термін алотроп відноситься до одного хімічного елемента, такого як атом вуглецю, утворюючи різні молекулярні структури; деякі кристалічні, а інші, як у цьому випадку, аморфні.

Аморфному вуглецю не вистачає кристалічної структури дальньої дальності, яка характеризує алмаз і графіт. Це означає, що структурна структура залишається дещо постійною при перегляді областей твердого тіла, які дуже близькі один до одного; а коли вони віддалені, їх відмінності стають очевидними.

Палаюче вугілля. Джерело: Піксабай

Фізичні та хімічні характеристики або властивості аморфного вуглецю також відрізняються від графіту та алмазу. Наприклад, є знаменитий вугілля, продукт згоряння деревини (зверху зображення). Це не змащування, і воно також не блискуче.

У природі існує кілька видів аморфного вуглецю, і ці різновиди також можна отримати синтетичним шляхом. Серед різних форм аморфного вуглецю - вуглець, активоване вугілля, сажа та деревне вугілля.

Аморфний вуглець має важливе застосування у промисловості виробництва електроенергії, а також у текстильній та медичній галузях.

Види аморфного вуглецю

Для їх класифікації існує кілька критеріїв, таких як їх походження, склад та структура. Останнє залежить від взаємозв'язку вуглецю зі sp ² та sp ³ гібридизаціями ; тобто ті, що визначають площину або тетраедр відповідно. Тому неорганічна (мінералогічна) матриця цих твердих речовин може стати дуже складною.

За своїм походженням

Є аморфний вуглець природного походження, оскільки він є продуктом окислення та форм розкладання органічних сполук. Цей тип вуглецю включає сажу, вугілля та вуглець, одержувані з карбідів.

Синтетичний аморфний вуглець отримують методами осадження катодної дуги та розпиленням. Синтетично також виготовляють алмазоподібні аморфні вуглецеві покриття або аморфні вуглецеві плівки.

Будова

Аморфний вуглець також може бути згрупований у три великі типи залежно від пропорції присутніх зв'язків sp ² або sp ³ . Є аморфний вуглець, який належить до так званого елементарного аморфного вуглецю (aC), гідрогенізованого аморфного вуглецю (aC: H) та тетраедричного аморфного вуглецю (ta-C).

Елементарний аморфний вуглець

Часто скорочений до н.е. або до н.е., він включає активоване вугілля та сажу. Сорти цієї групи отримують при неповному згорянні тваринних і рослинних речовин; тобто вони горять при стехіометричному дефіциті кисню.

Вони мають більшу частку зв'язків sp ² в їх структурі або молекулярній організації. Їх можна уявити як серію згрупованих площин, що мають різну орієнтацію в просторі, продукт тетраедричних вуглеців, що встановлюють неоднорідність у цілому.

З них синтезовані нанокомпозити з електронними додатками та розробкою матеріалів.

Гідрогенізований аморфний вуглець

Скорочено як BC: H або HAC. До них належать сажа, дим, видобуте вугілля, такі як бітум, і асфальт. Сажу легко розрізнити, коли в горі поблизу міста чи містечка виникає пожежа, де вона спостерігається в повітряних течіях, які переносять її у вигляді крихких чорних листя.

Як випливає з назви, він містить водень, але ковалентно пов'язаний з атомами вуглецю, а не молекулярного типу (H ₂ ). Тобто є зв’язки СН. Якщо в одному з цих зв’язків виділяється водень, то це буде орбіталь з непарним електроном. Якщо два з цих парних електронів дуже близькі один до одного, вони будуть взаємодіяти, викликаючи так звані звисаючі зв’язки.

За допомогою цього типу гідрогенізованого аморфного вуглецю отримують плівки або покриття нижчої твердості, ніж ті, що виготовлені з та-С.

Тетраедричний аморфний вуглець

Скорочений як ta-C, який також називають алмазоподібним вуглецем. Він містить високу частку sp ³ гібридизованих зв'язків .

До цієї класифікації належать аморфні вуглецеві плівки або покриття з аморфною чотиригранною структурою. Їм не вистачає водню, мають високу твердість, і багато за своїми фізичними властивостями схожі на алмазні.

Молекулярно він складається з чотиригранних вуглеців, які не мають структурної структури дальнього діапазону; тоді як в алмазі порядок залишається постійним в різних областях кристала. Ta-C може представляти певний порядок або візерунок, характерний для кристала, але лише на невеликій відстані.

Склад

Вугілля організоване у вигляді шарів чорної породи, що містять інші елементи, такі як сірка, водень, азот та кисень. Звідси виникають аморфні вуглеці, такі як вугілля, торф, антрацит і лігніт. Антрацит - це той, у кого найвищий склад вуглецю.

Властивості

Справжній аморфний вуглець локалізував π зв’язки з відхиленнями міжатомного інтервалу та варіацією кута зв'язку. Він має sp ² та sp ³ гібридизовані зв’язки , співвідношення яких змінюється залежно від типу аморфного вуглецю.

Його фізичні та хімічні властивості пов'язані з його молекулярною організацією та її мікроструктурою.

В цілому він має властивості високої стійкості та високої механічної твердості, стійкості до тепла та стійкості до зносу. Крім того, він характеризується високою оптичною прозорістю, низьким коефіцієнтом тертя та стійкістю до різних корозійних речовин.

Аморфний вуглець чутливий до впливу опромінення, має серед інших властивостей високу електрохімічну стійкість та електропровідність.

Програми

Кожен з різних видів аморфного вуглецю має свої особливості або властивості, і дуже особливе використання.

Деревне вугілля

Вугілля є викопним паливом, а тому є важливим джерелом енергії, яке також використовується для отримання електроенергії. Вплив вугледобувної промисловості на навколишнє середовище та його використання в електростанціях сьогодні гаряче обговорюються.

Активоване вугілля

Це корисно для селективного поглинання або фільтрації забруднень з питної води, знебарвлення розчинів і навіть може поглинати сірчані гази.

Сажа

Сажа широко використовується для виготовлення пігментів, друкарських фарб та різноманітних фарб. Цей вуглець, як правило, покращує міцність і стійкість гумових виробів.

Будучи наповнювачем в дисках або шинах, він підвищує їх стійкість до зносу і захищає матеріали від деградації, викликаної сонячними променями.

Аморфні вуглецеві плівки

Зростає технологічне використання аморфних вуглецевих плівок або покриттів у різновидах плоских дисплеїв та мікроелектроніки. Пропорція зв'язків sp ² і sp ³ означає, що аморфні вуглецеві плівки мають оптичні та механічні властивості змінної щільності і твердості.

Так само їх застосовують у антивідбивних покриттях, в покриттях для радіологічного захисту, серед інших застосувань.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2018). Аморфне вугілля. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Кучі А. (2014) Аморфний вуглець. В: Amils R. et al. (ред.) Енциклопедія астробіології. Спрингер, Берлін, Гейдельберг.
4. Ямі. (21 травня 2012 р.). Аллотропні форми вуглецю. Відновлено з: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Аморфний вуглець. Відновлено з: sciencedirect.com
6. Рубіо-Рой, М., Корбелла, К. і Бертран, Е. (2011). Трибологічні властивості тонких плівок фторованого аморфного вуглецю. Відновлено з: researchgate.net