CARBONUL AMORF: TIPURI, PROPRIETĂȚI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Carbon amorf este orice structuri alotropice umplute cu defecte și neregularități moleculare de carbon. Termenul de alotrop se referă la un singur element chimic, cum ar fi atomul de carbon, care formează diferite structuri moleculare; unele cristaline, iar altele, ca în acest caz, amorfe.

Carbonul amorf îi lipsește structura cristalină de lungă durată care caracterizează diamantul și grafitul. Aceasta înseamnă că modelul structural rămâne ușor constant atunci când vizualizăm regiuni ale solidului care sunt foarte aproape unul de altul; iar când sunt îndepărtate, diferențele lor devin evidente.

Cărbune arzător. Sursa: Pixabay

Caracteristicile fizice și chimice sau proprietățile carbonului amorf sunt, de asemenea, diferite de cele ale grafitului și diamantului. De exemplu, există faimosul cărbune, un produs al combustiei lemnului (imaginea de sus). Acest lucru nu este lubrifiant și nici nu este strălucitor.

Există mai multe tipuri de carbon amorf în natură și aceste soiuri pot fi obținute și sintetic. Printre diferitele forme de carbon amorf se numără negru de carbon, carbon activat, funingine și cărbune.

Carbonul amorf are utilizări importante în industria de producere a energiei electrice, precum și în industria textilă și în domeniul sănătății.

Tipuri de carbon amorf

Există mai multe criterii pentru clasificarea lor, cum ar fi originea, compoziția și structura lor. Acesta din urmă depinde de relația dintre carbonii cu hibridizările sp ² și sp ³ ; adică cele care definesc, respectiv, un plan sau un tetraedru. Prin urmare, matricea anorganică (mineralogică) a acestor solide poate deveni foarte complexă.

După originea sa

Există carbon amorf de origine naturală, deoarece este produsul oxidării și al formelor de descompunere a compușilor organici. Acest tip de carbon include funingine, cărbune și carbon derivate din carburi.

Carbonul amorf sintetic este produs prin tehnici de depunere a arcului catodic și sputtering. Sintetic, sunt de asemenea fabricate acoperiri de carbon amorfe asemănătoare diamantului sau pelicule amorfe de carbon.

Structura

Carbonul amorf poate fi, de asemenea, grupat în trei tipuri mari, în funcție de proporția de legături sp ² sau sp ³ prezente. Există carbonul amorf, care aparține așa-numitului carbon amorf elementar (aC), carbonul amorf hidrogenat (aC: H) și carbonul amorf tetraedru (ta-C).

Carbon amorf elementar

Adesea prescurtată BC sau BC, include carbon activat și negru de carbon. Soiurile din acest grup sunt obținute prin arderea incompletă a substanțelor animale și vegetale; adică se ard cu un deficit stoechiometric de oxigen.

Ele prezintă o proporție mai mare de legături sp ² în structura sau organizarea lor moleculară. Ele pot fi imaginate ca o serie de planuri grupate, cu orientări diferite în spațiu, produs al carbonilor tetraedri care stabilesc eterogenitatea în ansamblu.

Dintre acestea, nanocompozitele au fost sintetizate cu aplicații electronice și dezvoltarea materialelor.

Carbon amorf hidrogenat

Abreviat ca BC: H sau HAC. Acestea includ funingine, fum, cărbune extras, cum ar fi bitum și asfalt. Piciorul se distinge cu ușurință atunci când există un foc într-un munte din apropierea unui oraș sau oraș, unde este observat în curenții de aer care îl poartă sub formă de frunze negre fragile.

După cum sugerează și numele său, conține hidrogen, dar legat covalent de atomii de carbon și nu de tip molecular (H ₂ ). Adică există obligațiuni CH. Dacă una dintre aceste legături este eliberată hidrogen, acesta va fi un orbital cu un electron neperecheat. Dacă doi dintre acești electroni neperecheți sunt foarte apropiați unul de celălalt, ei vor interacționa, provocând așa-numitele legături de păsări.

Cu acest tip de carbon amorf hidrogenat, se obțin filme sau acoperiri de duritate mai mică decât cele realizate cu ta-C.

Carbon amorf tetraedric

Abreviat ca ta-C, numit și carbon asemănător diamantului. Conține o proporție mare de legături hibridizate sp ³ .

Această clasificare aparține filmelor de carbon amorfe sau acoperirilor cu o structură tetraedrică amorfă. Le lipsește hidrogen, au duritate ridicată și multe dintre proprietățile lor fizice sunt similare cu cele ale diamantului.

Molecular, este format din carbuni tetraedri care nu prezintă un model structural de lungă durată; în timp ce în diamant, ordinea rămâne constantă în diferite regiuni ale cristalului. Ta-C poate prezenta o anumită ordine sau model caracteristic unui cristal, dar numai la o distanță scurtă.

Compoziţie

Cărbunele este organizat sub formă de straturi de rocă neagră, conținând alte elemente precum sulf, hidrogen, azot și oxigen. De aici apar carbuni amorfi, cum ar fi cărbune, turbă, antracit și lignit. Antracitul este cel cu cea mai mare compoziție de carbon dintre toate.

Proprietăți

Carbonul amorf adevărat a localizat legături π cu abateri în distanțarea interatomică și variația unghiului de legătură. Are legături hibridizate sp ² și sp ^{3 a} căror relație variază în funcție de tipul de carbon amorf.

Proprietățile sale fizice și chimice sunt legate de organizarea moleculară și de microstructura sa.

În general, are proprietăți de stabilitate ridicată și duritate mecanică ridicată, rezistență la căldură și rezistență la uzură. Mai mult, se caracterizează prin transparența optică ridicată, coeficientul de frecare scăzut și rezistența la diverși agenți corozivi.

Carbonul amorf este sensibil la efectele iradierii, are stabilitate electrochimică ridicată și conductivitate electrică, printre alte proprietăți.

Aplicații

Fiecare dintre diferitele tipuri de carbon amorf are propriile sale caracteristici sau proprietăți și utilizări foarte particulare.

Cărbune

Cărbunele este un combustibil fosil și, prin urmare, este o sursă importantă de energie, care este utilizată și pentru a genera electricitate. Impactul asupra mediului al industriei miniere de cărbune și utilizarea acesteia în centralele electrice sunt dezbătute astăzi.

Carbon activat

Este util pentru absorbția selectivă sau filtrarea contaminanților din apa de băut, soluții de decolorare și poate chiar absorbi gazele cu sulf.

Negru de fum

Negrul de carbon este utilizat pe scară largă în confecționarea pigmenților, a cernelurilor de imprimare și a unei varietăți de vopsele. Acest carbon îmbunătățește, în general, rezistența și rezistența articolelor din cauciuc.

Ca umplutură pentru jante sau cauciucuri, crește rezistența lor la uzură și protejează materialele de degradarea cauzată de lumina soarelui.

Filme cu carbon amorf

Utilizarea tehnologică a filmelor sau acoperirilor cu carbon amorf în varietăți de afișaje cu panou plat și microelectronică este în creștere. Proporția legăturilor sp ² și sp ³ înseamnă că peliculele de carbon amorfe au proprietăți optice și mecanice de densitate și duritate variabilă.

De asemenea, sunt utilizate în acoperiri anti-reflectorizante, în acoperiri pentru protecție radiologică, printre alte utilizări.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Cărbune amorf. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Carbon amorf. În: Amils R. și colab. (eds) Enciclopedia Astrobiologiei. Springer, Berlin, Heidelberg.
4. Yami. (21 mai 2012). Forme alotrope de carbon. Recuperat de la: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Carbon amorf. Recuperat de la: sciencedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. și Bertran, E. (2011). Proprietățile tribologice ale filmelor subțiri de carbon fluor amorf. Recuperat de la: researchgate.net