פחמן אמורפי: סוגים, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

פחמן אמורפי הוא כל מבני allotropic מלאי פגמים ואי סדרים מולקולריים פחמן. המונח allotrope מתייחס ליסוד כימי יחיד, כמו אטום הפחמן, ויוצר מבנים מולקולריים שונים; חלקם גבישיים, ואחרים, כמו במקרה זה, אמורפיים.

פחמן אמורפי חסר את המבנה הגבישי לטווח הארוך המאפיין יהלום וגרפיט. משמעות הדבר היא שהתבנית המבנית נשארת מעט קבועה בעת צפייה באזורים של המוצק הקרובים זה לזה מאוד; וכאשר הם מרוחקים, ההבדלים שלהם מתגלים.

פחם בוער. מקור: Pixabay

המאפיינים הפיזיקלים והכימיים של פחמן אמורפי שונים גם הם מאלו של גרפיט ויהלום. לדוגמה, יש את הפחם המפורסם, תוצר של בעירה בעץ (תמונה עליונה). זה לא סיכה וזה גם לא מבריק.

ישנם כמה סוגים של פחמן אמורפי ואפשר להשיג זנים אלה גם באופן סינטטי. בין הצורות השונות של פחמן אמורפי ניתן למצוא שחור פחמן, פחמן פעיל, פיח ופחם.

לפחמן האמורפי יש שימושים חשובים בתעשיית ייצור הכוח, כמו גם בתעשיית הטקסטיל והבריאות.

סוגי פחמן אמורפי

ישנם כמה קריטריונים לסיווגם, כמו מקורם, הרכבם ומבנהם. האחרון תלוי במערכת היחסים בין הפחמימות עם הכלאות sp ² ו- sp ³ ; כלומר, אלה שמגדירים מטוס או טטרדרון, בהתאמה. לכן המטריצה ​​הלא-אורגנית (המינרלוגית) של מוצקים אלה יכולה להפוך למורכבת מאוד.

על פי מקורו

יש פחמן אמורפי ממקור טבעי, מכיוון שהוא תוצר של חמצון וצורות של פירוק של תרכובות אורגניות. סוג זה של פחמן כולל פיח, פחם ופחמן שמקורם בקרבידים.

פחמן אמורפי סינטטי מיוצר על ידי טכניקות של תשתית קשת קתודית, והתזות. באופן סינטטי מיוצרים גם ציפויי פחמן אמורפיים דמויי יהלום או סרטי פחמן אמורפיים.

מִבְנֶה

ניתן לקבץ פחמן אמורפי לשלושה סוגים גדולים בהתאם לשיעור הקשרים sp ² או sp ³ שקיימים . יש את הפחמן האמורפי, השייך לכביכול הפחמן האמורפי האלמנטרי (aC), הפחמן האמורפי המוקשה (aC: H), והפחמן האמורפי הטטרהדרלי (ta-C).

פחמן אמורפי אלמנטרי

לעתים קרובות מקוצר BC או BC, זה כולל פחמן פעיל ושחור פחמן. הזנים בקבוצה זו מתקבלים על ידי בעירה לא שלמה של חומרים מהחי וצמחים; כלומר, הם שורפים עם גרעון stoichiometric של חמצן.

הם מציגים שיעור גבוה יותר של קשרי sp ² במבנה או בארגון המולקולרי שלהם. ניתן לדמיין אותם כסדרה של מטוסים מקובצים, עם אוריינטציות שונות בחלל, תוצר של פחמן טטרהדראלי המבסס הטרוגניות בכללותם.

מהם, סינתזה ננו-קומפוזיטים באמצעות יישומים אלקטרוניים ופיתוח חומרים.

פחמן אמורפי מוקשה

מקוצר כ- BC: H או HAC. אלה כוללים פיח, עשן, פחם שחולץ כמו ביטומן ואספלט. ניתן להבחין בקלות בפיח כאשר יש שריפה בהר ליד עיר או עיירה, שם הוא נצפה בזרמי האוויר הנושאים אותו בצורת עלים שחורים שבירים.

כפי ששמו מרמז, הוא מכיל מימן, אך קשור קוולנטית לאטומי פחמן, ולא מהסוג המולקולרי (H ₂ ). כלומר, יש אג"ח CH. אם אחד מהקשרים הללו משוחרר מימן, זה יהיה מסלול עם אלקטרון לא מותאם. אם שניים מהאלקטרונים הלא צמודים האלה קרובים זה לזה מאוד, הם יתקשרו זה עם זה ויגרמו לקשרים המשתלשלים כביכול.

עם סוג זה של פחמן אמורפי מוקשה, מתקבלים סרטים או ציפויים בעלי קשיות נמוכה יותר מאלו המיוצרים עם טא-סי.

פחמן אמורפי טטרהדרלי

מקוצר כ- ta-C, נקרא גם פחמן דמוי יהלום. הוא מכיל שיעור גבוה של קשרים היברידיים sp ³ .

לסיווג זה שייכים סרטי פחמן אמורפיים או ציפויים בעלי מבנה טטרהדרלי אמורפי. הם חסרים מימן, הם בעלי קשיות גבוהה, ורבים מהתכונות הפיזיקליות שלהם דומות לאלו של היהלום.

מבחינה מולקולרית הוא מורכב מפחמימות טטרהדרליות שאינן מציגות דפוס מבני ארוך טווח; ואילו ביהלום הסדר נותר קבוע באזורים שונים של הגביש. ה- Ta-C יכול להציג סדר או תבנית מסוימים האופייניים לקריסטל, אך רק בטווח הקצר.

הרכב

הפחם מאורגן כשכבות של סלע שחור, המכיל אלמנטים אחרים כמו גופרית, מימן, חנקן וחמצן. מכאן נוצרים פחמניות אמורפיות כמו פחם, כבול, אנתרציט וליגניט. אנתרציט הוא זה שיש בו הרכב הפחמן הגבוה ביותר מכולם.

נכסים

פחמן אמורפי אמיתי קשור קשרים π עם סטיות במרווח הבין-אטומי ושונות בזווית הקשר. יש לו קשרי sp ² ו- sp ³ הכלורים שהקשר ביניהם משתנה בהתאם לסוג הפחמן האמורפי.

תכונותיו הפיזיקליות והכימיות קשורות לארגונו המולקולרי ולמיקרו-מבנה שלו.

באופן כללי, יש לו תכונות של יציבות גבוהה וקשיחות מכנית גבוהה, עמידות בחום ועמידות בפני שחיקה. יתרה מזאת, הוא מאופיין בשקיפות האופטית הגבוהה, במקדם החיכוך הנמוך ועמידותו בפני גורמים מאכלים שונים.

פחמן אמורפי רגיש להשפעות ההקרנה, הוא בעל יציבות אלקטרוכימית גבוהה ומוליכות חשמלית, בין היתר.

יישומים

לכל אחד מהסוגים השונים של פחמן אמורפי יש מאפיינים או תכונות משלו, ושימושים מאוד מסוימים.

פֶּחָם

פחם הוא דלק מאובן, ולכן הוא מקור אנרגיה חשוב המשמש גם לייצור חשמל. ההשפעה הסביבתית של תעשיית כריית הפחם והשימוש בה בתחנות כוח מתלבטת היום בחום.

פחמן פעיל

זה שימושי לספיגה או לסינון סלקטיבי של מזהמים ממי שתייה, תמיסות צבע, ואף יכול לספוג גזי גופרית.

שחור פחם

שחור פחמן נעשה שימוש נרחב בייצור פיגמנטים, הדפסת דיו, ומגוון צבעים. בדרך כלל פחמן זה משפר את חוזקם ועמידותם של פריטי גומי.

כמילוי בחישוקים או בצמיגים, זה מגביר את עמידותם בפני שחיקה ומגן על חומרים מפני השפלה הנגרמת על ידי אור השמש.

סרטי פחמן אמורפיים

השימוש הטכנולוגי בסרטי פחמן או ציפויים אמורפיים במגוון סוגים של צגי שטוח ומיקרואלקטרוניקה הולך וגדל. חלקם של קשרי sp ² ו- sp ³ פירושו שלסרטי פחמן אמורפיים יש תכונות אופטיות ומכניות של צפיפות וקשיות משתנות.

כמו כן, הם משמשים בציפויים אנטי-רפלקטיביים, בציפויים להגנה רדיולוגית, בין שימושים אחרים.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2018). פחם אמורפי. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. קוצ'י א '(2014) פחמן אמורפי. בתוך: אמילס ר 'ואח'. (עורכים) אנציקלופדיה לאסטרוביולוגיה. שפרינגר, ברלין, היידלברג.
4. יאמי. (21 במאי 2012). צורות אלוטרופיות של פחמן. התאושש מ: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. מדע ישיר. (2019). פחמן אמורפי. התאושש מ: sciencedirect.com
6. רוביו-רוי, מ ', קורבלה, סי וברטרן, א' (2011). מאפיינים טריבולוגיים של סרטי דק פחמן אמורפי פלואורי. התאושש מ: researchgate.net