AMORF KULSTOF: TYPER, EGENSKABER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Det amorfe kulstof er enhver allotrop struktur, der er fyldt med kulstofmolekylære defekter og uregelmæssigheder. Udtrykket allotrope henviser til et enkelt kemisk element, såsom carbonatomet, der danner forskellige molekylære strukturer; nogle krystallinske, og andre som i dette tilfælde amorf.

Amorft kulstof mangler den langvarige krystallinske struktur, der kendetegner diamant og grafit. Dette betyder, at det strukturelle mønster forbliver lidt konstant, når man ser områder af det faste stof, der er meget tæt på hinanden; og når de er langt væk, bliver deres forskelle tydelige.

Brændende kul. Kilde: Pixabay

De fysiske og kemiske egenskaber eller egenskaber ved amorft kulstof er også forskellige fra grafit og diamant. For eksempel er der den berømte trækul, et produkt af træforbrænding (øverste billede). Dette smører ikke, og det er heller ikke skinnende.

Der er flere typer amorf kulstof i naturen, og disse sorter kan også fås syntetisk. Blandt de forskellige former for amorft kulstof er carbon black, aktivt kul, sod og trækul.

Amorf kulstof har vigtige anvendelser i kraftproduktionsindustrien såvel som inden for tekstil- og sundhedsindustrien.

Typer af amorft kulstof

Der er flere kriterier for at klassificere dem, såsom deres oprindelse, sammensætning og struktur. Det sidstnævnte afhænger af forholdet mellem kulhydraterne med sp ² og sp ³ hybridiseringer; det vil sige dem, der definerer henholdsvis et plan eller en tetrahedron. Derfor kan den uorganiske (mineralogiske) matrix af disse faste stoffer blive meget kompleks.

I henhold til dens oprindelse

Der er amorf kulstof af naturlig oprindelse, fordi det er produktet af oxidation og former for nedbrydning af organiske forbindelser. Denne type kulstof inkluderer sod, kul og kulstof afledt af carbider.

Syntetisk amorft kulstof fremstilles ved katodisk bueudfældningsteknikker og sputtering. Syntetisk fremstilles også diamantlignende amorfe kulstofovertræk eller amorfe carbonfilm.

Struktur

Amorf carbon kan også inddeles i tre store typer afhængigt af andelen af sp ² eller sp ³ bindinger til stede. Der er det amorfe kulstof, der hører til det såkaldte elementære amorfe kulstof (aC), det hydrogenerede amorfe kulstof (aC: H) og det tetrahedriske amorfe kulstof (ta-C).

Elementært amorft kulstof

Ofte forkortet BC eller BC, det inkluderer aktiveret kulstof og carbon black. Sorterne fra denne gruppe opnås ved ufuldstændig forbrænding af dyre- og vegetabilske stoffer; det vil sige, de brænder med et støkiometrisk underskud af ilt.

De præsenterer en højere andel sp ^2- bindinger i deres struktur eller molekylære organisation. De kan forestilles som en række grupperede plan med forskellige orienteringer i rummet, et produkt af de tetrahedriske kulhydrater, der skaber heterogenitet i det hele.

Fra dem er nanokompositter blevet syntetiseret med elektroniske applikationer og materialeudvikling.

Hydrogeneret amorft kulstof

Forkortet som BC: H eller HAC. Disse inkluderer sod, røg, ekstraheret kul såsom bitumen og asfalt. Sot kan let skelnes, når der er brand i et bjerg nær en by eller by, hvor det ses i luftstrømmene, der bærer det i form af skrøbelige sorte blade.

Som navnet antyder, indeholder hydrogen, men kovalent bundet til carbonatomer, og ikke af den molekylære type (H ₂). Der er CH-obligationer. Hvis en af ​​disse bindinger frigøres brint, vil det være en orbital med et parret elektron. Hvis to af disse uparrede elektroner er meget tæt på hinanden, vil de interagere, hvilket forårsager de såkaldte dinglende bindinger.

Med denne type hydrogeneret amorf kul opnås film eller belægninger med lavere hårdhed end dem, der er fremstillet med ta-C.

Tetrahedralt amorft kulstof

Forkortet som ta-C, også kaldet diamantlignende kulstof. Det indeholder en høj andel sp ^3- hybridiserede obligationer.

Amorfe carbonfilm eller -belægninger med en amorf tetrahedrisk struktur hører til denne klassificering. De mangler brint, har høj hårdhed, og mange af deres fysiske egenskaber ligner dem med diamant.

Molekylært består det af tetraedriske kulhydrater, der ikke har et strukturelt mønster med lang rækkevidde; mens diamanten forbliver konstant i forskellige områder af krystallen. Ta-C kan præsentere en bestemt rækkefølge eller mønster, der er karakteristisk for en krystal, men kun på kort rækkevidde.

Sammensætning

Kul er organiseret som lag af sort sten, der indeholder andre elementer som svovl, brint, nitrogen og ilt. Herfra opstår amorfe kulhydrater såsom kul, tørv, anthracit og lignit. Antracit er den med den højeste kulstofsammensætning af dem alle.

Ejendomme

Rigtigt amorft kulstof har lokaliserede π-bindinger med afvigelser i interatomisk afstand og variation i bindingsvinkel. Det har sp ² og sp ³ hybridiserede bindinger, hvis forhold varierer afhængigt af typen af ​​amorft kulstof.

Dets fysiske og kemiske egenskaber er relateret til dens molekylære organisation og dens mikrostruktur.

Generelt har det egenskaber med høj stabilitet og høj mekanisk hårdhed, modstand mod varme og modstand mod slid. Desuden er det kendetegnet ved sin høje optiske gennemsigtighed, lave friktionskoefficient og modstand mod forskellige ætsende stoffer.

Amorft kulstof er følsomt over for virkningerne af bestråling, har høj elektrokemisk stabilitet og elektrisk ledningsevne, blandt andre egenskaber.

Applikationer

Hver af de forskellige typer af amorft kulstof har sine egne egenskaber eller egenskaber og meget særlige anvendelser.

Trækul

Kul er et fossilt brændstof, og derfor er det en vigtig energikilde, der også bruges til at generere elektricitet. Miljøpåvirkningen af ​​kulindustrien og dens anvendelse i kraftværker diskuteres varmt i dag.

Aktivt kul

Det er nyttigt til selektiv absorption eller filtrering af forurenende stoffer fra drikkevand, affarvende opløsninger og kan endda absorbere svovlgasser.

Carbon black

Carbon black bruges i vid udstrækning til fremstilling af pigmenter, trykfarver og en række malinger. Dette kulstof forbedrer generelt styrken og modstanden af ​​gummiemner.

Som fyldstof i fælge eller dæk øger det deres modstand mod slid og beskytter materialer mod nedbrydning forårsaget af sollys.

Amorfe kulfilm

Den teknologiske anvendelse af amorfe kulstoffilm eller -belægninger i forskellige fladskærme og mikroelektronik vokser. Andelen af ​​sp ² og sp ^3- bindinger betyder, at amorfe kulstoffilm har optiske og mekaniske egenskaber med variabel densitet og hårdhed.

Ligeledes bruges de i antireflekterende belægninger, i belægninger til radiologisk beskyttelse, blandt andre anvendelser.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Amorf kul. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Amorf kulstof. I: Amils R. et al. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlin, Heidelberg.
4. Yami. (21. maj 2012). Allotropiske former for kulstof. Gendannes fra: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Amorf kulstof. Gendannes fra: sciencedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. og Bertran, E. (2011). Tribologiske egenskaber ved fluoreret amorf kulstof tynde film. Gendannet fra: researchgate.net