Amorfe koolstofsoorten, eigenschappen en toepassingen

de amorfe koolstof het is allemaal die allotropische koolstof met structuren vol met moleculaire defecten en onregelmatigheden. De term allotrope verwijst naar het feit dat een enkel chemisch element, zoals het koolstofatoom, verschillende moleculaire structuren vormt; wat kristallijn en anderen, zoals in dit geval, amorf.

Amorfe koolstof mist de lange-afstands kristallijne structuur die diamant en grafiet kenmerkt. Dit betekent dat het structurele patroon enigszins constant blijft als u regio's van de vaste stof zeer dicht bij elkaar visualiseert; en wanneer ze ver weg zijn, worden hun verschillen duidelijk.

De eigenschappen of fysische en chemische eigenschappen van de amorfe koolstof verschillen ook van die van grafiet en diamant. We hebben bijvoorbeeld de beroemde houtskool, een product van houtverbranding (topbeeld). Dit is geen smeermiddel en het is ook niet glanzend.

Er zijn verschillende soorten amorfe koolstof van aard en deze variëteiten kunnen ook synthetisch worden verkregen. Roet, actieve kool, roet en houtskool behoren tot de verschillende vormen van amorfe koolstof..

Amorfe koolstof heeft belangrijke toepassingen op het niveau van de energieopwekkingsindustrie, maar ook in de textiel- en sanitaire industrie.

index

• 1 soorten amorfe koolstof
  • 1.1 Volgens zijn oorsprong
  • 1.2 Structuur
  • 1.3 Samenstelling
• 2 Eigenschappen
• 3 Gebruik
  • 3.1 De steenkool
  • 3.2 Actieve kool
  • 3.3 Het carbonzwart
  • 3.4 Amorfe koolstoffilms
• 4 Referenties

Amorfe koolstofsoorten

Er zijn verschillende criteria om ze te classificeren, zoals hun herkomst, samenstelling en structuur. Dit laatste hangt af van de relatie tussen koolstofatomen met sp-hybridisaties² en sp³; dat wil zeggen, die een vlak of een tetraëder definiëren, respectievelijk. Daarom kan de anorganische (mineralogische) matrix van deze vaste stoffen erg complex worden.

Volgens zijn oorsprong

Er is amorfe koolstof van natuurlijke oorsprong, omdat het een product is van oxidatie en vormen van afbraak van organische verbindingen. Onder dit type koolstof bevinden zich roet, koolstof en koolstof die zijn afgeleid van carbiden.

Synthetische amorfe koolstof wordt geproduceerd door kathodische boogafzetting en kathodische sputtertechnieken. Synthetisch worden diamant amorfe koolstof of amorfe koolstof films ook vervaardigd.

structuur

Ook kan de amorfe koolstof worden gegroepeerd in drie grote typen, afhankelijk van de verhouding van sp² of sp³ aanwezig is. Er is de amorfe koolstof, die behoort tot de zogenaamde elementaire amorfe koolstof (aC), de gehydrogeneerde amorfe koolstof (aC: H) en de tetraëdrische amorfe koolstof (ta-C).

Elementaire amorfe koolstof

Vaak afgekort als aC of a-C, omvat het actieve kool en koolstofzwart. Rassen van deze groep worden verkregen door onvolledige verbranding van dierlijke en plantaardige stoffen; dat wil zeggen, ze branden met een stoichiometrisch tekort aan zuurstof.

Ze hebben een groter aandeel sp-links² in zijn moleculaire structuur of organisatie. Ze kunnen worden voorgesteld als een reeks gegroepeerde vlakken, met verschillende oriëntaties in de ruimte, het product van de tetraëdrische koolstofatomen die de heterogeniteit in het geheel bepalen.

Hieruit zijn nanocomposieten gesynthetiseerd met elektronische toepassingen en materiaalontwikkeling.

Amorf gehydrogeneerde koolstof

Afgekort als aC: H of HAC. Onder hen is roet, rook, steenkool geëxtraheerd als bitumen en asfalts. Het roet is gemakkelijk te onderscheiden wanneer er een brand is in een berg die grenst aan een stad of stad, waar het wordt waargenomen in de luchtstromingen die het meesleuren in de vorm van fragiele zwarte bladeren van zwarte kleur.

Zoals de naam doet vermoeden, bevat het waterstof, maar covalent gebonden aan de koolstofatomen, en niet aan het moleculaire type (H.₂). Dat wil zeggen, er zijn C-H-koppelingen. Als waterstof wordt vrijgemaakt van een van deze bindingen, zal er een orbitaal zijn met een ongepaard elektron. Als twee van deze ongepaarde elektronen erg dicht bij elkaar staan, zullen ze een wisselwerking veroorzaken, waardoor de zogenaamde bungelende bindingen (bungelende band, in het Engels) ontstaan.

Met dit type gehydrogeneerde amorfe koolstof worden films of coatings met een lagere hardheid verkregen dan die gemaakt met ta-C.

Tetrahedrale amorfe koolstof

Afgekort als ta-C, ook wel koolstof genoemd, vergelijkbaar met diamant. Het bevat een groot aantal sp-gehybridiseerde koppelingen³.

Tot deze classificatie behoren de films of coatings van amorfe koolstof, met een amorfe tetraëdrische structuur. Ze missen waterstof, hebben een hoge hardheid en veel van hun fysische eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van diamant.

Molecuul gezien bestaat het uit tetraëdrische kolen die geen structureel patroon op lange termijn hebben; terwijl in de diamant, de volgorde constant blijft in verschillende gebieden van het kristal. De ta-C kan een bepaalde orde of een kenmerkend patroon aan een kristal presenteren, maar slechts een kort bereik.

samenstelling

De steenkool is georganiseerd als lagen zwarte rots, die andere elementen bevatten zoals zwavel, waterstof, stikstof en zuurstof. Van hieruit ontstaan ​​amorfe koolstoffen zoals steenkool, turf, antraciet en bruinkool. De antraciet is allemaal met de hoogste koolstofsamenstelling.

eigenschappen

De echte amorfe koolstof heeft π-bindingen die zich bevinden met afwijkingen in de interatomaire afstand en variatie in de bindingshoek. Het heeft sp gehybridiseerde links² en sp³ waarvan de relatie varieert naargelang het type amorfe koolstof.

De fysische en chemische eigenschappen zijn gerelateerd aan de moleculaire organisatie en de microstructuur ervan.

Over het algemeen heeft het eigenschappen met een hoge stabiliteit en hoge mechanische hardheid, hittebestendigheid en slijtvastheid. Bovendien wordt het gekenmerkt doordat het een hoge optische transparantie, lage wrijvingscoëfficiënt en weerstand tegen verschillende corrosieve middelen heeft.

Amorfe koolstof is gevoelig voor de effecten van bestraling, heeft een hoge elektrochemische stabiliteit en elektrische geleidbaarheid, naast andere eigenschappen.

toepassingen

Elk van de verschillende soorten amorfe koolstof heeft zijn eigen kenmerken of eigenschappen en zeer specifieke toepassingen.

De steenkool

Steenkool is een fossiele brandstof en daarom is het een belangrijke energiebron, die ook wordt gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. De milieueffecten van de kolenmijnindustrie en het gebruik ervan in energiecentrales worden vandaag veel besproken.

Actieve kool

Het is nuttig om selectieve absorptie- of filtratieprocessen van verontreinigingen in drinkwater, verkleurende oplossingen uit te voeren en zelfs zwavelgassen te absorberen..

Carbon Black

Carbonzwart wordt veel gebruikt bij de productie van pigmenten, drukinkten en diverse verven. Deze koolstof verbetert in het algemeen de sterkte en weerstand van artikelen die met rubber zijn gemaakt.

Als opvulmateriaal in banden of banden slijtvastheid verhoogt en de materialen beschermt tegen de aantasting door zonlicht.

Amorfe koolstoffilms

Het technologische gebruik van amorfe koolstoffilms of -coatings in variëteiten van vlakscherm- en micro-elektronische apparaten groeit. Het aandeel sp-links² en sp³ maakt de amorfe koolstoffilms optische en mechanische eigenschappen van verschillende dichtheid en hardheid.

Ze worden ook gebruikt in antireflecterende coatings, in coatings voor stralingsbescherming, naast andere toepassingen.

referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische chemie (Vierde editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Amorfe steenkool. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Amorfe koolstof. In: Amils R. et al. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlijn, Heidelberg.
4. Yami. (21 mei 2012). Allotrope vormen van koolstof. Hersteld van: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Amorfe koolstof. Teruggeplaatst van: sciencedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. en Bertran, E. (2011). Tribologische eigenschappen van gefluoreerde dunne amorfe koolstoffilms. Teruggeplaatst van: researchgate.net