AMORFNÝ UHLÍK: DRUHY, VLASTNOSTI A POUŽITIA - CHÉMIA - 2026

Amorfný uhlík je akákoľvek allotropic štruktúry naplneného molekulárnym vady a nepravidelnosti uhlíka. Termín alotróp sa týka jedného chemického prvku, ako je atóm uhlíka, ktorý vytvára rôzne molekulárne štruktúry; niektoré kryštalické a iné, ako v tomto prípade, amorfné.

Amorfnému uhlíku chýba kryštalická štruktúra s dlhým dosahom, ktorá charakterizuje diamant a grafit. To znamená, že štruktúrny vzor zostáva pri pozorovaní oblastí pevnej látky, ktoré sú veľmi blízko seba, mierne konštantný; a keď sú vzdialené, ich rozdiely sa prejavia.

Horiace uhlie. Zdroj: Pixabay

Fyzikálne a chemické vlastnosti alebo vlastnosti amorfného uhlíka sa tiež líšia od fyzikálnych a chemických vlastností grafitu a diamantu. Napríklad je tu známe drevené uhlie, produkt spaľovania dreva (horný obrázok). Nie je to mazacie a nie je to ani lesklé.

V prírode existuje niekoľko typov amorfného uhlíka a tieto odrody sa dajú získať aj synteticky. Medzi rôzne formy amorfného uhlíka patria sadze, aktívne uhlie, sadze a drevené uhlie.

Amorfný uhlík má významné využitie v priemysle výroby energie, ako aj v textilnom a zdravotnom priemysle.

Druhy amorfného uhlíka

Existuje niekoľko kritérií na ich klasifikáciu, napríklad ich pôvod, zloženie a štruktúra. Tá závisí na vzťahu medzi atómami uhlíka, s sp ² a sp ³ hybridizácii ; to znamená tie, ktoré definujú rovinu alebo štvorstena. Anorganická (mineralogická) matrica týchto tuhých látok sa preto môže stať veľmi zložitou.

Podľa pôvodu

Existuje amorfný uhlík prírodného pôvodu, pretože je produktom oxidácie a foriem rozkladu organických zlúčenín. Tento typ uhlíka zahŕňa sadze, uhlie a uhlík pochádzajúci z karbidov.

Syntetický amorfný uhlík sa vyrába technikami vylučovania katódovým oblúkom a naprašovaním. Synteticky sa vyrábajú tiež amorfné uhlíkové povlaky podobné diamantom alebo amorfné uhlíkové filmy.

štruktúra

Amorfný uhlík môžu byť tiež rozdelené do troch veľkých typov v závislosti na podiele sp ² alebo sp ³ väzieb súčasnosti. Existuje amorfný uhlík, ktorý patrí do takzvaného elementárneho amorfného uhlíka (aC), hydrogenovaný amorfný uhlík (aC: H) a tetrahedrálny amorfný uhlík (ta-C).

Elementárny amorfný uhlík

Skrátene BC alebo BC obsahuje často aktívne uhlie a sadze. Odrody tejto skupiny sa získavajú neúplným spaľovaním živočíšnych a rastlinných látok; to znamená, že horia so stechiometrickým deficitom kyslíka.

Predstavujú vyšší podiel sp ² väzieb vo svojej štruktúre a molekulárnej úrovni. Môžu si ich predstaviť ako sériu zoskupených lietadiel s rôznymi orientáciami vo vesmíre, produkt tetrahedrálnych uhlíkov, ktoré vytvárajú heterogénnosť ako celok.

Od nich boli nanokompozity syntetizované s elektronickými aplikáciami a vývojom materiálov.

Hydrogenovaný amorfný uhlík

Skrátene BC: H alebo HAC. Patria sem sadze, dym, extrahované uhlie, napríklad bitúmen, a asfalt. Sadze sa dajú ľahko rozlíšiť, keď v horách neďaleko mesta dôjde k požiaru, kde sa vo vzdušných prúdoch pozoruje požiar vo forme krehkých čiernych listov.

Ako názov napovedá, že obsahuje vodík, ale kovalentne viazané k atómom uhlíka, a nie molekulovej typu (H ₂ ). To znamená, že existujú väzby CH. Ak sa jedna z týchto väzieb uvoľní vodík, bude to orbitál s nepárovým elektrónom. Ak sú dva z týchto nepárových elektrónov veľmi blízko pri sebe, budú interagovať a spôsobia takzvané visiace väzby.

S týmto typom hydrogénovaného amorfného uhlíka sa získajú filmy alebo povlaky s nižšou tvrdosťou ako povlaky vyrobené s ta-C.

Tetraedrický amorfný uhlík

Skrátene ako ta-C, tiež nazývaný diamantový uhlík. To obsahuje vysoký podiel sp ³ hybridizovaných väzbami .

Amorfné uhlíkové filmy alebo povlaky s amorfnou tetrahedrálnou štruktúrou patria do tejto klasifikácie. Chýbajú vodík, majú vysokú tvrdosť a mnohé z ich fyzikálnych vlastností sú podobné vlastnostiam diamantu.

Molekulárne pozostáva z tetraedrických atómov uhlíka, ktoré nemajú štruktúrny vzorec s dlhým dosahom; zatiaľ čo v diamantu zostáva poradie v rôznych oblastiach kryštálu konštantné. Ta-C môže predstavovať určitý rád alebo vzor charakteristický pre kryštál, ale iba v malom rozsahu.

zloženie

Uhlie je usporiadané ako vrstvy čiernej horniny, ktorá obsahuje ďalšie prvky, ako napríklad síru, vodík, dusík a kyslík. Odtiaľto vznikajú amorfné uhlíky, ako je uhlie, rašelina, antracit a lignit. Antracit je ten s najvyšším uhlíkovým zložením zo všetkých.

vlastnosti

Skutočný amorfný uhlík lokalizoval π väzby s odchýlkami v interatomickom odstupe a zmenami v uhle väzby. Má sp ² a sp ³ hybridizovaných väzby , ktorých pomer sa mení v závislosti od typu amorfného uhlíka.

Jeho fyzikálne a chemické vlastnosti súvisia s jeho molekulárnou organizáciou a mikroštruktúrou.

Všeobecne má vlastnosti vysokej stability a vysokej mechanickej tvrdosti, odolnosti voči teplu a odolnosti proti opotrebeniu. Ďalej sa vyznačuje vysokou optickou priehľadnosťou, nízkym koeficientom trenia a odolnosťou voči rôznym korozívnym činidlám.

Amorfný uhlík je citlivý na účinky žiarenia, má okrem iných vlastností vysokú elektrochemickú stabilitu a elektrickú vodivosť.

aplikácia

Každý z rôznych typov amorfného uhlíka má svoje vlastné charakteristiky alebo vlastnosti a veľmi konkrétne použitie.

drevené uhlie

Uhlie je fosílne palivo, a preto je dôležitým zdrojom energie, ktorá sa používa aj na výrobu elektriny. O environmentálnom vplyve odvetvia ťažby uhlia a jeho použití v elektrárňach sa dnes veľmi diskutuje.

Aktívne uhlie

Je vhodný na selektívnu absorpciu alebo filtráciu kontaminantov z pitnej vody, na odfarbovacie roztoky a dokonca môže absorbovať plyny síry.

Karbónová čierna

Sadze sa široko používajú pri výrobe pigmentov, tlačiarenských farieb a rôznych farieb. Tento uhlík všeobecne zlepšuje pevnosť a odolnosť gumových predmetov.

Ako plnivo do ráfikov alebo pneumatík zvyšuje ich odolnosť proti opotrebeniu a chráni materiály pred degradáciou spôsobenou slnečným žiarením.

Amorfné uhlíkové filmy

Technologické využitie amorfných uhlíkových filmov alebo povlakov v rôznych plochých panelových displejoch a mikroelektronike rastie. Podiel sp ² a sp ³ dlhopisy znamená, že amorfný uhlík filmy optické a mechanické vlastnosti premenlivé hustote a tvrdosti.

Rovnako sa používajú okrem iného v antireflexných povlakoch, vo povlakoch na rádiologickú ochranu.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Amorfné uhlie. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Amorfný uhlík. In: Amils R. a kol. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlín, Heidelberg.
4. Yami. (21. mája 2012). Allotropné formy uhlíka. Obnovené z: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Amorfný uhlík. Obnovené z: sciposedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. a Bertran, E. (2011). Tribologické vlastnosti tenkých vrstiev fluórovaného amorfného uhlíka. Obnovené z: researchgate.net