CARBON VÔ ĐỊNH HÌNH: LOẠI, ĐẶC TÍNH VÀ SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2024

Các cacbon vô định hình là bất kỳ cấu trúc thù hình đầy khiếm khuyết phân tử carbon và những vi phạm. Thuật ngữ allotrope dùng để chỉ một nguyên tố hóa học đơn lẻ, chẳng hạn như nguyên tử cacbon, tạo thành các cấu trúc phân tử khác nhau; một số kết tinh, và một số khác, như trong trường hợp này, là vô định hình.

Carbon vô định hình thiếu cấu trúc tinh thể phạm vi dài đặc trưng cho kim cương và than chì. Điều này có nghĩa là mô hình cấu trúc không đổi một chút khi xem các vùng của vật rắn rất gần nhau; và khi họ ở xa nhau, sự khác biệt của họ trở nên rõ ràng.

Đốt than. Nguồn: Pixabay

Các đặc tính hoặc tính chất vật lý và hóa học của cacbon vô định hình cũng khác với than chì và kim cương. Ví dụ, có than củi nổi tiếng, một sản phẩm của quá trình đốt gỗ (ảnh trên). Đây không phải là chất bôi trơn, và nó cũng không sáng bóng.

Có một số loại carbon vô định hình trong tự nhiên và những loại này cũng có thể được tổng hợp. Trong số các dạng carbon vô định hình khác nhau là carbon đen, than hoạt tính, bồ hóng và than củi.

Carbon vô định hình có những ứng dụng quan trọng trong ngành sản xuất điện, cũng như trong ngành dệt may và y tế.

Các loại cacbon vô định hình

Có một số tiêu chí để phân loại chúng, chẳng hạn như nguồn gốc, thành phần và cấu trúc của chúng. Sau này phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các nguyên tử cacbon với sự lai hóa sp ² và sp ³ ; nghĩa là, những cái xác định một mặt phẳng hoặc một tứ diện, tương ứng. Do đó, ma trận vô cơ (khoáng chất) của những chất rắn này có thể trở nên rất phức tạp.

Theo nguồn gốc của nó

Có nguồn gốc carbon vô định hình, vì nó là sản phẩm của quá trình oxy hóa và các dạng phân hủy các hợp chất hữu cơ. Loại cacbon này bao gồm muội than, than đá và cacbon có nguồn gốc từ cacbua.

Carbon vô định hình tổng hợp được sản xuất bằng kỹ thuật lắng đọng hồ quang catốt và phún xạ. Về mặt tổng hợp, các lớp phủ carbon vô định hình giống kim cương hoặc màng carbon vô định hình cũng được sản xuất.

Kết cấu

Cacbon vô định hình cũng có thể được nhóm lại thành ba loại lớn tùy thuộc vào tỷ lệ liên kết sp ² hoặc sp ³ . Có carbon vô định hình, thuộc về cái gọi là carbon vô định hình nguyên tố (aC), carbon vô định hình hydro hóa (aC: H) và carbon vô định hình tứ diện (ta-C).

Cacbon vô định hình nguyên tố

Thường được viết tắt là BC hoặc BC, nó bao gồm than hoạt tính và than đen. Các giống thuộc nhóm này thu được bằng cách đốt cháy không hoàn toàn các chất động thực vật; nghĩa là, chúng cháy với sự thiếu hụt oxy theo phương tích.

Chúng có tỷ lệ liên kết sp ² cao hơn trong cấu trúc hoặc tổ chức phân tử của chúng. Chúng có thể được hình dung như một loạt các mặt phẳng được nhóm lại, với các hướng khác nhau trong không gian, là sản phẩm của các nguyên tử cacbon tứ diện tạo nên tính không đồng nhất trong tổng thể.

Từ chúng, nanocomposites đã được tổng hợp với các ứng dụng điện tử và phát triển vật liệu.

Cacbon vô định hình hydro hóa

Viết tắt là BC: H hoặc HAC. Chúng bao gồm bồ hóng, khói, than khai thác như bitum và nhựa đường. Có thể dễ dàng phân biệt được bồ hóng khi có đám cháy ở ngọn núi gần thành phố hoặc thị trấn, nơi mà nó được quan sát thấy trong các luồng không khí mang theo nó dưới dạng những chiếc lá đen mỏng manh.

Như tên gọi của nó, nó chứa hydro, nhưng liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử carbon, và không thuộc loại phân tử (H ₂ ). Tức là có liên kết CH. Nếu một trong những liên kết này được giải phóng hydro, nó sẽ là một quỹ đạo với một điện tử chưa ghép đôi. Nếu hai trong số các electron chưa ghép đôi này ở rất gần nhau, chúng sẽ tương tác, gây ra cái gọi là liên kết treo.

Với loại cacbon vô định hình được hydro hóa này, người ta thu được các màng hoặc lớp phủ có độ cứng thấp hơn so với loại được làm bằng ta-C.

Cacbon vô định hình tứ diện

Viết tắt là ta-C, còn được gọi là carbon giống kim cương. Nó chứa một tỷ lệ cao các liên kết lai hóa sp ³ .

Màng hoặc lớp phủ carbon vô định hình có cấu trúc tứ diện vô định hình thuộc loại này. Chúng thiếu hydro, có độ cứng cao và nhiều tính chất vật lý của chúng tương tự như kim cương.

Về mặt phân tử, nó bao gồm các nguyên tử cacbon tứ diện không có dạng cấu trúc dãy dài; trong khi ở kim cương, thứ tự không đổi ở các vùng khác nhau của tinh thể. Ta-C có thể thể hiện một trật tự hoặc đặc tính kiểu mẫu nhất định của tinh thể, nhưng chỉ ở phạm vi ngắn.

Thành phần

Than được tổ chức thành các lớp đá đen, chứa các nguyên tố khác như lưu huỳnh, hydro, nitơ và oxy. Từ đây phát sinh các nguyên tử cacbon vô định hình như than đá, than bùn, than antraxit và than non. Anthracite là chất có thành phần carbon cao nhất trong số chúng.

Tính chất

Carbon vô định hình thực sự có các liên kết π cục bộ với độ lệch về khoảng cách giữa các nguyên tử và sự biến đổi về góc liên kết. Nó có liên kết lai hóa sp ² và sp ³ mà mối quan hệ của chúng thay đổi tùy theo loại cacbon vô định hình.

Các tính chất vật lý và hóa học của nó liên quan đến tổ chức phân tử và cấu trúc vi mô của nó.

Nói chung, nó có các tính chất ổn định cao và độ cứng cơ học cao, khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn. Hơn nữa, nó được đặc trưng bởi độ trong suốt quang học cao, hệ số ma sát thấp và khả năng chống lại các tác nhân ăn mòn khác nhau.

Cacbon vô định hình nhạy cảm với các tác động của chiếu xạ, có tính ổn định điện hóa và độ dẫn điện cao, trong số các đặc tính khác.

Các ứng dụng

Mỗi loại cacbon vô định hình khác nhau có những đặc điểm hoặc tính chất riêng và những công dụng rất riêng.

than củi

Than là nhiên liệu hóa thạch, do đó nó là một nguồn năng lượng quan trọng, cũng được sử dụng để tạo ra điện. Tác động môi trường của ngành khai thác than và việc sử dụng nó trong các nhà máy điện đang được tranh luận sôi nổi ngày nay.

Than hoạt tính

Nó rất hữu ích cho việc hấp thụ hoặc lọc có chọn lọc các chất gây ô nhiễm từ nước uống, dung dịch khử màu và thậm chí có thể hấp thụ khí lưu huỳnh.

Muội than

Muội than được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bột màu, mực in và nhiều loại sơn. Carbon này thường cải thiện độ bền và khả năng chống chịu của các mặt hàng cao su.

Là chất độn trong vành hoặc lốp, nó làm tăng khả năng chống mài mòn và bảo vệ vật liệu khỏi bị xuống cấp do ánh sáng mặt trời gây ra.

Màng carbon vô định hình

Việc sử dụng công nghệ của màng hoặc lớp phủ carbon vô định hình trong các loại màn hình phẳng và vi điện tử đang ngày càng phát triển. Tỷ lệ liên kết sp ² và sp ³ có nghĩa là màng carbon vô định hình có các tính chất cơ học và mật độ thay đổi và độ cứng.

Tương tự như vậy, chúng được sử dụng trong các lớp phủ chống phản xạ, trong các lớp phủ để bảo vệ phóng xạ, trong số các ứng dụng khác.

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
2. Wikipedia. (2018). Than vô định hình. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Kouchi A. (2014) Carbon vô định hình. Trong: Amils R. et al. (eds) Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlin, Heidelberg.
4. Yami. (Ngày 21 tháng 5 năm 2012). Các dạng thù hình của cacbon. Được khôi phục từ: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. Khoa học Trực tiếp. (2019). Cacbon vô định hình. Phục hồi từ: sciricalirect.com
6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. và Bertran, E. (2011). Tính chất sinh học của màng mỏng cacbon vô định hình có flo. Phục hồi từ: researchgate.net