AMORFNÍ UHLÍK: TYPY, VLASTNOSTI A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Amorfní uhlík je jakákoli allotropic struktury naplněného molekulovým vady a nepravidelnosti uhlíku. Termín allotrope označuje jediný chemický prvek, jako je atom uhlíku, vytvářející různé molekulární struktury; některé krystalické a jiné, jako v tomto případě, amorfní.

Amorfnímu uhlíku chybí krystalická struktura s dlouhým dosahem, která charakterizuje diamant a grafit. To znamená, že strukturální vzorec zůstává mírně konstantní při prohlížení oblastí pevné látky, které jsou velmi blízko u sebe; a když jsou vzdálené, jejich rozdíly se projeví.

Hořící uhlí. Zdroj: Pixabay

Fyzikální a chemické vlastnosti nebo vlastnosti amorfního uhlíku se také liší od vlastností grafitu a diamantu. Například je zde známé uhlí, produkt spalování dřeva (horní obrázek). To není mazací a není ani lesklé.

V přírodě existuje několik typů amorfního uhlíku a tyto odrůdy lze také získat synteticky. Mezi různé formy amorfního uhlíku patří saze, aktivní uhlí, saze a uhlí.

Amorfní uhlík má významné využití jak v energetickém průmyslu, tak v textilním a zdravotnickém průmyslu.

Druhy amorfního uhlíku

Existuje několik kritérií pro jejich klasifikaci, jako je jejich původ, složení a struktura. Ta závisí na vztahu mezi atomy uhlíku, s sp ² a sp ³ hybridizaci; to znamená ty, které definují rovinu nebo čtyřstěn. Anorganická (mineralogická) matrice těchto pevných látek se proto může stát velmi složitou.

Podle svého původu

Existuje amorfní uhlík přírodního původu, protože je produktem oxidace a forem rozkladu organických sloučenin. Tento typ uhlíku zahrnuje saze, uhlí a uhlík získaný z karbidů.

Syntetický amorfní uhlík je produkován technikami depozice katodickým obloukem a rozprašováním. Synteticky se také vyrábějí amorfní uhlíkové povlaky podobné diamantům nebo amorfní uhlíkové filmy.

Struktura

Amorfní uhlík mohou být také rozděleny do tří velkých typů v závislosti na podílu sp ² nebo sp ³ vazeb současnosti. Existuje amorfní uhlík, který patří do tzv. Elementárního amorfního uhlíku (aC), hydrogenovaný amorfní uhlík (aC: H) a tetrahedrální amorfní uhlík (ta-C).

Elementární amorfní uhlík

Často ve zkratce BC nebo BC, zahrnuje aktivní uhlí a saze. Odrůdy této skupiny se získávají neúplným spalováním živočišných a rostlinných látek; to znamená, že hoří se stechiometrickým deficitem kyslíku.

Představují vyšší podíl sp ² vazeb ve své struktuře a molekulární úrovni. Lze si je představit jako řadu seskupených letadel s různými orientacemi ve vesmíru, což je produkt tetrahedrálních uhlíků, které vytvářejí heterogenitu v celku.

Z nich byly nanokompozity syntetizovány s elektronickými aplikacemi a vývojem materiálu.

Hydrogenovaný amorfní uhlík

Zkratka jako BC: H nebo HAC. Patří sem saze, kouř, extrahované uhlí, jako je bitumen, a asfalt. Saze lze snadno rozeznat, když v horách poblíž města dochází k požáru, kde je pozorováno ve vzdušných proudech, které jej nesou ve formě křehkých černých listů.

Jak název napovídá, že obsahuje vodík, ale kovalentně vázány k atomům uhlíku, a ne molekulové typu (H ₂). To znamená, že existují vazby CH. Pokud se jedna z těchto vazeb uvolní vodík, bude to orbitál s nepárovým elektronem. Pokud jsou dva z těchto nepárových elektronů velmi blízko sebe, budou interagovat a způsobovat takzvané visící vazby.

U tohoto typu hydrogenovaného amorfního uhlíku se získají filmy nebo povlaky s nižší tvrdostí než filmy vyrobené s ta-C.

Tetraedrický amorfní uhlík

Zkratka jako ta-C, také nazývaná diamantový uhlík. To obsahuje vysoký podíl sp ³ hybridizovaných vazbami.

Amorfní uhlíkové filmy nebo povlaky s amorfní tetrahedrální strukturou patří do této klasifikace. Chybí jim vodík, mají vysokou tvrdost a mnoho z jejich fyzikálních vlastností je podobné vlastnostem diamantu.

Molekulárně se skládá z tetraedrických uhlíků, které nepředstavují strukturální vzorec dlouhého dosahu; zatímco v diamantu zůstává pořadí v různých oblastech krystalu konstantní. Ta-C může představovat určitý řád nebo vzor charakteristický pro krystal, ale pouze v krátkém dosahu.

Složení

Uhlí je organizováno jako vrstvy černé skály, obsahující další prvky, jako je síra, vodík, dusík a kyslík. Odtud vznikají amorfní uhlíky, jako je uhlí, rašelina, antracit a lignit. Antracit je ten s nejvyšším složením uhlíku ze všech.

Vlastnosti

Pravý amorfní uhlík lokalizoval π vazby s odchylkami v interatomickém rozestupu a změnami úhlu vazby. Má hybridizované vazby sp ² a sp ^3, jejichž vztah se mění podle typu amorfního uhlíku.

Jeho fyzikální a chemické vlastnosti souvisí s jeho molekulární organizací a mikrostrukturou.

Obecně má vlastnosti vysoké stability a vysoké mechanické tvrdosti, odolnosti vůči teplu a odolnosti proti opotřebení. Dále se vyznačuje vysokou optickou průhledností, nízkým koeficientem tření a odolností vůči různým korozivním činidlům.

Amorfní uhlík je citlivý na účinky ozáření, má mimo jiné vysokou elektrochemickou stabilitu a elektrickou vodivost.

Aplikace

Každý z různých typů amorfního uhlíku má své vlastní vlastnosti nebo vlastnosti a velmi konkrétní použití.

Dřevěné uhlí

Uhlí je fosilní palivo, a proto je důležitým zdrojem energie, která se také používá k výrobě elektřiny. O dopadu těžebního průmyslu na životní prostředí a jeho využití v elektrárnách se dnes velmi diskutuje.

Aktivní uhlí

Je vhodný pro selektivní absorpci nebo filtraci kontaminantů z pitné vody, odbarvování roztoků a dokonce může absorbovat plyny síry.

Saze

Saze se široce používají při výrobě pigmentů, tiskařských barev a různých barev. Tento uhlík obecně zlepšuje pevnost a odolnost pryžových předmětů.

Jako plnivo v ráfcích nebo pneumatikách zvyšuje jejich odolnost proti opotřebení a chrání materiály před degradací způsobenou slunečním světlem.

Amorfní uhlíkové filmy

Technologické využití amorfních uhlíkových filmů nebo povlaků v různých plochých obrazovkách a mikroelektronice roste. Podíl sp ² a sp ³ vazeb znamená, že amorfní uhlíkové filmy mají optické a mechanické vlastnosti s proměnnou hustotou a tvrdostí.

Rovněž se používají mimo jiné v antireflexních povlacích, v povlacích pro radiologickou ochranu.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Amorfní uhlí. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Amorfní uhlík. In: Amils R. et al. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlín, Heidelberg.
4. Yami. (21. května 2012). Allotropické formy uhlíku. Obnoveno z: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Science Direct. (2019). Amorfní uhlík. Obnoveno z: sciposedirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. a Bertran, E. (2011). Tribologické vlastnosti fluorovaných amorfních uhlíkových tenkých vrstev. Obnoveno z: researchgate.net