Amorft kol: typer, egenskaper och användningsområden

Amorft kol är allt det allotropa kolet med strukturer fyllda med molekylära defekter och oegentligheter. Uttrycket allotrope hänför sig till det faktum att ett enda kemiskt element, som kolatomen, bildar olika molekylära strukturer; några kristallina och andra, som i detta fall, amorfa.

Amorft kol saknar den långväga kristallina strukturen som karakteriserar diamant och grafit. Detta betyder att strukturmönstret förblir något konstant om du visualiserar områden av det fasta väldigt nära varandra; och när de är avlägsna blir deras skillnader tydliga.

Egenskaperna eller fysikaliska och kemiska egenskaper hos det amorfa kolet skiljer sig också från grafit och diamant. Till exempel har vi det kända träkol, en produkt av träförbränning (toppbild). Detta är inte smörjmedel, och det är inte heller glänsande.

Det finns flera typer av amorft kol i naturen och dessa sorter kan också erhållas syntetiskt. Bland de olika formerna av amorft kol är kolsvart, aktivt kol, sot och kol.

Amorft kol har viktiga användningsområden på energinäringsindustrin, liksom inom textil- och sanitetsindustrin.

Amorfa koltyper

Det finns flera kriterier för att klassificera dem, såsom deras ursprung, sammansättning och struktur. Den senare beror på förhållandet mellan kol med sp2 och sp3-hybridiseringar; det vill säga de som definierar ett plan eller en tetrahedron. Därför kan den oorganiska (mineralogiska) matrisen hos dessa fasta ämnen bli mycket komplexa.

Enligt sitt ursprung

Det finns amorft kol av naturligt ursprung, eftersom det är en produkt av oxidation och former av sönderdelning av organiska föreningar. Bland denna typ av kol är sot, kol och kol härrörande från karbider.

Syntetiskt amorft kol framställes genom katodisk bågavsättning och katodisk sputteringsteknik. Syntetiskt tillverkas också diamant amorfa kol eller amorfa kolfilmer.

struktur

Det amorfa kolet kan också grupperas i tre stora typer beroende på andelen sp2 eller sp3 bindningar som är närvarande. Det finns det amorfa kolet, som tillhör det så kallade elementära amorfa kolet (aC), det hydrogenerade amorfa kolet (aC: H) och det tetraedriska amorfa kolet (ta-C).

Elementärt amorft kol

Ofta förkortad som aC eller aC, innehåller det aktivt kol och kolsvart. Varianter av denna grupp erhålls genom ofullständig förbränning av animaliska och vegetabiliska substanser; det vill säga de bränner med ett stökiometriskt underskott av syre.

De har en högre andel sp2-obligationer i deras molekylära struktur eller organisation. De kan föreställas som en serie grupperade plan, med olika orienteringar i rymden, produkt av tetrahedrala kolatomer som etablerar heterogenitet i hela.

Från dem har nanokompositer syntetiserats med elektroniska tillämpningar och materialutveckling.

Amorft hydrogenerat kol

Förkortad som aC: H eller HAC. Bland dem är sot, rök, kol extraherad som bitumen och asfalt. Sotet är lätt att skilja när det finns en brand i ett berg som gränsar till en stad eller stad, där det observeras i luftströmmarna som drar det i form av bräckliga svarta blad av svart färg.

Som namnet antyder innehåller det väte, men kovalent kopplat till kolatomerna och inte av molekyltypen (H2). Det är, det finns CH-länkar. Om väte frigörs från en av dessa bindningar kommer det att vara en orbital med en opparad elektron. Om två av dessa icke-parade elektroner ligger väldigt nära varandra, kommer de att interagera och orsaka de så kallade danglingbindningarna (dangling bond, på engelska).

Med denna typ av hydrogenerat amorft kol erhålls filmer eller beläggningar med lägre hårdhet än de som framställs med ta-C.

Tetrahedral amorft kol

Förkortad som ta-C, även kallad kol som liknar diamant. Den innehåller en hög andel sp3 hybridiserade länkar.

Till denna klassificering hör till filmerna eller beläggningarna av amorft kol, med en amorf tetraedral struktur. De saknar väte, har hög hårdhet, och många av deras fysikaliska egenskaper liknar dem i diamant.

Molekylärt består den av tetraedrala kolatomer som inte har ett långtgående strukturellt mönster; medan i diamanten förblir ordningen konstant i olika delar av kristallen. Ta-C kan presentera en viss ordning eller ett karaktäristiskt mönster till en kristall, men endast på kort sikt.

komposition

Kolet är organiserat som strata av svart sten, som innehåller andra element som svavel, väte, kväve och syre. Härifrån uppstår amorfa kol som kol, torv, antracit och brunkol. Antracit är den som har den högsta kolkompositionen.

egenskaper

Det sanna amorfa kolet har π bindningar placerade med avvikelser i det interatomiska avståndet och variationen i bindningsvinkeln. Det har hybridiserat sp2 och sp3 bindningar vars förhållande varierar beroende på typen av amorft kol.

Dess fysikaliska och kemiska egenskaper är relaterade till dess molekylära organisation och dess mikrostruktur.

Generellt har den egenskaper med hög stabilitet och hög mekanisk hårdhet, värmebeständighet och slitstyrka. Dessutom är den karakteriserad eftersom den har hög optisk transparens, låg friktionskoefficient och motståndskraft mot olika korrosiva medel.

Det amorfa kolet är känsligt för bestrålningens effekter, har hög elektrokemisk stabilitet och elektrisk ledningsförmåga bland andra egenskaper.

tillämpningar

Var och en av de olika typerna av amorft kol har sina egna egenskaper eller egenskaper och mycket speciella användningsområden.

Kolet

Kol är ett fossilt bränsle, och därför är det en viktig energikälla, som också används för att generera el. Kolgruvindustrins miljöpåverkan och dess användning i kraftverk diskuteras mycket idag.

Aktivt kol

Det är användbart att genomföra selektiva absorptions- eller filtreringsprocesser av föroreningar i dricksvatten, missfärga lösningar och kan även absorbera svavelgaser.

Kolsvart

Kolsvart används ofta vid produktion av pigment, tryckfärger och en mängd olika färger. Detta kol förbättrar i allmänhet styrkan och motståndet hos artiklar gjorda med gummi.

Som fyllmedel i däck eller däck ökar motståndet mot slitage och skyddar materialet mot nedbrytning som orsakas av solljus.

Amorfa kolfilmer

Den tekniska användningen av amorfa kolfilmer eller beläggningar i sorter av platta och mikroelektroniska anordningar ökar. Förhållandet mellan sp2 och sp3 bindningar gör att de amorfa kolfilmerna har optiska och mekaniska egenskaper med varierande densitet och hårdhet.

De används också i antireflekterande beläggningar, i beläggningar för radiologiskt skydd, bland andra användningar.