Что представляет собой аморфный углерод какие виды такого углерода различают где их применяют кратко

Обновлено: 05.07.2024

В виде древесного угля получается при сухой перегонке древесины в виде очень лёгкой пористой и хрупкой массы . Структура аморфного углерода очень сходна со структурой графита , но кристаллы в нем расположены беспорядочно .

Огромная поверхность древесного угля обусловливается характерное для него явление адсорбции . Молекулы углерода , находящиеся на поверхности кусочка угля , притягивают к себе молекулы веществ из окружающей его среды , преодолевая энергию теплового движения молекул . Ясно , что чем больше поверхность тем сильнее идёт адсорбция , поэтому измельченный адсорбент лучше адсорбируется . Если тщательно измельчить древесный уголь , а затем поместить его в ёмкость где находится пары брома , то можно заметить , как постепенно окраска брома слабеет и в конце исчезает .

Если порошок угля взболтать в пробирке с раствором марганцовокислого калия , фуксина то вскоре эти растворы обесцвечиваются . А если прокипятить адсорбент в месте с адсорбированным на его поверхности веществом в чистой воде , то окраска раствора появится вновь , так как тепловое движение молекул усиливается и они срываются с поверхности адсорбента — происходит десорбция .

При обработке перегретым водяным паром из пор угля удаляются имеющиеся там иногда посторонние примеси , увеличивается пористость угля . Такой уголь называется активированным .

Активированный уголь

Очень широко применяется , в частности в противогазах для защиты дыхательных путей от ядовитых газов , находящихся в воздухе . В первые такой противогаз был применён во время первой мировой войны . Он состоит из резиновой маски или шлема , гофрированной резиновой трубки , соединённой с коробом , содержащей очищающие воздух вещество .

Активированный уголь применяется в виде таблеток для удаления с желудка ядовитых веществ при отравлении .

Аморфный углерод в виде кокса применяется в металлургии . Получают кокс в коксохимических печах из каменного угля . Это пористое вещество , представляет собой почти чистый углерод . Он является прекрасным топливом и хорошим восстановителем , что используется в производстве металлов .

Сажа один из разновидностей аморфного углерода получается при сжигании газообразных веществ с высоким процентом содержания углерода . В виде сажи аморфный углерод широко применяется в резиновой промышленности , в полиграфии . Сажа наиболее высокого качества получается при сжигании газообразного газа например ацетилен .

Похожие страницы:

Аллотропия углерода В свободном состоянии углерод известен в виде трех аллотропических модификаций: алмаза, кристаллизующегося в правильной системе; графита, принадлежащего к.

Содержание статьи1 Почему углерод окислитель восстановитель1.1 Углерод восстановитель1.2 Углерод окислитель1.3 Окислитель и восстановитель Почему углерод окислитель восстановитель Атомы всех элементов.

УГЛЕРОД (Carboneum), С — хим. элемент IV группы периодической системы элементов; ат. н. 6, ат. м. 12,011. В соединениях проявляет.

УГЛЕРОД (Carboneum) Ат. вес 12,011 . Углерод в природе. Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде.

Углерод не органика Углерод глазами химика не органика Этот элемент всегда четырехвалентен, но, поскольку в периоде он находится как раз.

Углерод общее Углерод встречается в природе как в свободном, так и в соединенном состоянии, в весьма различных формах и видах. В.

аморфный углерод это все тот аллотропный углерод со структурами, полными молекулярных дефектов и неровностей. Термин аллотроп относится к тому факту, что один химический элемент, такой как атом углерода, образует различные молекулярные структуры; некоторые кристаллические, а другие, как в этом случае, аморфные.

У аморфного углерода отсутствует кристаллическая структура с большим радиусом действия, которая характеризует алмаз и графит. Это означает, что структурный рисунок остается слегка постоянным, если вы визуализируете области твердого тела очень близко друг к другу; и когда они далеки, их различия становятся очевидными.


Характеристики или физические и химические свойства аморфного углерода также отличаются от свойств графита и алмаза. Например, у нас есть знаменитый древесный уголь, продукт сжигания древесины (верхнее изображение). Это не смазка и не блестящая.

Существует несколько типов аморфного углерода в природе, и эти разновидности также могут быть получены синтетически. Технический углерод, активированный уголь, сажа и древесный уголь относятся к числу различных форм аморфного углерода..

Аморфный углерод имеет важное применение на уровне энергетики, а также в текстильной и санитарной промышленности..

  • 1 Виды аморфного углерода
    • 1.1 По происхождению
    • 1.2 Структура
    • 1.3 Состав
    • 3.1 Уголь
    • 3.2 Активированный уголь
    • 3.3 Технический углерод
    • 3.4 Аморфные углеродные пленки

    Типы аморфного углерода

    Есть несколько критериев для их классификации, таких как их происхождение, состав и структура. Последнее зависит от связи между атомами углерода с sp-гибридизацией 2 и зр 3 ; то есть те, которые определяют плоскость или тетраэдр соответственно. Следовательно, неорганическая (минералогическая) матрица этих твердых веществ может стать очень сложной.

    По происхождению

    Существует аморфный углерод природного происхождения, поскольку он является продуктом окисления и форм разложения органических соединений. К этому типу углерода относятся сажа, углерод и углерод, полученные из карбидов..

    Синтетический аморфный углерод получают методами катодного осаждения и катодного распыления. Синтетически, алмазный аморфный углерод или пленки аморфного углерода также производятся.

    структура

    Также аморфный углерод может быть сгруппирован в три больших типа в зависимости от пропорции sp. 2 или зр 3 присутствует. Существует аморфный углерод, который относится к так называемому элементарному аморфному углероду (aC), гидрированному аморфному углероду (aC: H) и тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C)..

    Элементарный аморфный углерод

    Часто сокращенно обозначаемый как С или С, он включает активированный уголь и технический углерод. Сорта этой группы получены неполным сгоранием животных и растительных веществ; то есть они горят при стехиометрическом дефиците кислорода.

    У них более высокая доля sp-ссылок 2 в его молекулярной структуре или организации. Их можно представить как серию сгруппированных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, произведенных тетраэдрических атомов углерода, которые устанавливают неоднородность в целом.

    Из них были синтезированы нанокомпозиты с использованием электронных приложений и материалов..

    Аморфный гидрогенизированный углерод

    Сокращенный как aC: H или HAC. Среди них сажа, дым, уголь, добываемый в виде битума, и асфальт. Сажу легко отличить, когда в горе, прилегающей к городу или городу, есть пожар, где он наблюдается в воздушных потоках, которые тянут его в виде хрупких черных листьев черного цвета..

    Как следует из названия, он содержит водород, но ковалентно связан с атомами углерода, а не молекулярного типа (H2). То есть есть ссылки C-H. Если водород выйдет из одной из этих связей, появится орбиталь с неспаренным электроном. Если два из этих неспаренных электронов находятся очень близко друг к другу, они будут взаимодействовать, вызывая так называемые оборванные связи (оборванные связи на английском языке).

    С этим типом гидрогенизированных аморфных углеродных пленок или покрытий более низкой твердости, чем те, которые сделаны с та-C.

    Тетраэдрический аморфный углерод

    Сокращенный как ta-C, также названный углеродом, подобным алмазу. Он содержит высокую долю sp гибридизированных связей 3 .

    К этой классификации относятся пленки или покрытия из аморфного углерода, имеющие аморфную тетраэдрическую структуру. Им не хватает водорода, они обладают высокой твердостью, и многие их физические свойства аналогичны свойствам алмаза..

    Молекулярно, он состоит из тетраэдрических атомов углерода, которые не имеют дальнего структурного рисунка; в то время как в алмазе порядок остается постоянным в разных областях кристалла. Та-C может представлять кристаллу определенный порядок или характерный рисунок, но только на небольшом расстоянии..

    состав

    Уголь организован в виде пластов черной породы, содержащих другие элементы, такие как сера, водород, азот и кислород. Отсюда возникают аморфные угли, такие как уголь, торф, антрацит и лигнит. Все эти антрациты имеют самый высокий углеродный состав..

    свойства

    Истинный аморфный углерод имеет π-связи, расположенные с отклонениями в межатомном интервале и изменением угла связи. Имеет sp гибридизированные ссылки 2 и зр 3 чьи отношения варьируются в зависимости от типа аморфного углерода.

    Его физические и химические свойства связаны с его молекулярной организацией и микроструктурой..

    В целом, он обладает свойствами высокой стабильности и высокой механической твердости, термостойкости и износостойкости. Кроме того, он характеризуется тем, что обладает высокой оптической прозрачностью, низким коэффициентом трения и устойчивостью к различным коррозийным агентам..

    Аморфный углерод чувствителен к воздействию облучения, обладает высокой электрохимической стабильностью и электрической проводимостью, среди других свойств.

    приложений

    Каждый из различных типов аморфного углерода имеет свои особенности или свойства, и очень специфическое использование.

    Уголь

    Уголь является ископаемым топливом, и поэтому он является важным источником энергии, который также используется для выработки электроэнергии. Воздействие угольной промышленности на окружающую среду и ее использование на электростанциях сегодня широко обсуждается..

    Активированный уголь

    Полезно проводить процессы селективного поглощения или фильтрации загрязняющих веществ в питьевой воде, обесцвечивать растворы и даже могут поглощать газы серы.

    Сажа

    Технический углерод широко используется при производстве пигментов, печатных красок и различных красок. Этот углерод обычно улучшает прочность и сопротивление изделий из резины.

    Поскольку наполнитель в шинах или шинах повышает его износостойкость и защищает материалы от деградации, вызванной солнечным светом.

    Пленки аморфного углерода

    Технологическое использование пленок или покрытий из аморфного углерода в разнообразных устройствах с плоским экраном и микроэлектронных устройствах растет. Доля sp ссылок 2 и зр 3 придает аморфным углеродным пленкам оптические и механические свойства различной плотности и твердости.

    Кроме того, они используются в антиотражающих покрытиях, в покрытиях для радиологической защиты, среди других применений.

    Что представляет собой аморфный углерод? Какие сорта такого углерода различают? Где они применяются.

    Аморфный углерод представляет собой мельчайшие кристаллики, которые расположены не упорядоченно, а хаотически.

    Различают следующие сорта аморфного углерода: сажа, древесный уголь.

    Сажа в огромных количествах используется в промышленности при изготовлении резины, она входит в состав чёрных красок, в том числе для принтеров, а также применяется для изготовления химических источников тока.

    Древесный уголь используют для производства активированного угля, который используют для очистки сахарных сиропов в свеклосахарном производстве, в фильтрующих противогазах для поглощения отравляющих веществ, в медицине при пищевых отравлениях.

    В аморфный углерод Это все тот аллотропный углерод со структурами, полными молекулярных дефектов и неоднородностей. Термин аллотроп относится к тому факту, что один химический элемент, такой как атом углерода, образует разные молекулярные структуры; одни кристаллические, а другие, как в данном случае, аморфные.

    Аморфный углерод не имеет кристаллической структуры с дальним радиусом действия, которая характерна для алмаза и графита. Это означает, что структурный узор остается немного постоянным, если вы просматриваете области твердого тела, расположенные очень близко друг к другу; а когда они далеки, их различия становятся очевидными.

    Физические и химические характеристики или свойства аморфного углерода также отличаются от характеристик графита и алмаза. Например, знаменитый древесный уголь, продукт горения древесины (верхнее изображение). Это не смазывает и не блестит.

    В природе существует несколько типов аморфного углерода, и эти разновидности также могут быть получены синтетическим путем. Среди различных форм аморфного углерода - технический углерод, активированный уголь, сажа и древесный уголь.

    Аморфный углерод находит важное применение в электроэнергетике, а также в текстильной промышленности и здравоохранении.

    Виды аморфного углерода

    Есть несколько критериев для их классификации, например, их происхождение, состав и структура. Последнее зависит от соотношения атомов углерода с sp-гибридизацией. 2 и зр 3 ; то есть те, которые определяют плоскость или тетраэдр соответственно. Следовательно, неорганическая (минералогическая) матрица этих твердых веществ может стать очень сложной.

    По своему происхождению

    Есть аморфный углерод природного происхождения, потому что это продукт окисления и формы разложения органических соединений. Этот тип углерода включает сажу, уголь и углерод, полученный из карбидов.

    Синтетический аморфный углерод получают методами катодно-дугового осаждения и распыления. Синтетическим способом также производятся алмазоподобные покрытия из аморфного углерода или пленки из аморфного углерода.

    Состав

    Также аморфный углерод можно разделить на три больших типа в зависимости от доли sp-связей. 2 или sp 3 подарок. Существует аморфный углерод, который принадлежит к так называемому элементарному аморфному углероду (aC), гидрированному аморфному углероду (aC: H) и тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C).

    Элементарный аморфный углерод

    Часто обозначаемый сокращенно BC или BC, он включает активированный уголь и технический углерод. Сорта этой группы получены при неполном сжигании веществ животного и растительного происхождения; то есть горят при стехиометрическом дефиците кислорода.

    У них более высокая доля sp-ссылок 2 по своей структуре или молекулярной организации. Их можно представить как серию сгруппированных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, продукт тетраэдрических атомов углерода, которые создают неоднородность в целом.

    На их основе были синтезированы нанокомпозиты с электронными приложениями и разработкой материалов.

    Гидрированный аморфный углерод

    Сокращенно BC: H или HAC. Среди них сажа, дым, добытый уголь, например битум, и асфальт. Сажу легко различить, когда в горах недалеко от города или поселка происходит пожар, где она наблюдается в воздушных потоках, которые несут ее в виде хрупких черных листьев.

    Как следует из названия, он содержит водород, но ковалентно связанный с атомами углерода, а не молекулярного типа (H2). То есть есть связи C-H. Если по одной из этих связей высвобождается водород, это будет орбиталь с неспаренным электроном. Если два из этих неспаренных электронов находятся очень близко друг к другу, они будут взаимодействовать, вызывая так называемые оборванные связи.

    С этим типом гидрогенизированного аморфного углерода получаются пленки или покрытия с меньшей твердостью, чем те, которые сделаны с та-С.

    Тетраэдрический аморфный углерод

    Сокращенно та-С, также называемый алмазоподобным углеродом. Содержит высокую долю sp-гибридизированных связей 3 .

    Аморфные углеродные пленки или покрытия с аморфной тетраэдрической структурой относятся к этой классификации. В них отсутствует водород, они обладают высокой твердостью, а многие их физические свойства аналогичны свойствам алмаза.

    Молекулярно он состоит из тетраэдрических атомов углерода, не имеющих структурной структуры с большим радиусом действия; тогда как в алмазе порядок остается постоянным в разных областях кристалла. Та-С может представлять определенный порядок или структуру, характерную для кристалла, но только на небольшом расстоянии.

    Сочинение

    Уголь организован в виде пластов черной породы, содержащих другие элементы, такие как сера, водород, азот и кислород. Отсюда возникают аморфные угли, такие как уголь, торф, антрацит и лигнит. Антрацит - один из них с самым высоким углеродным составом.

    Свойства

    Истинный аморфный углерод имеет локализованные π-связи с отклонениями в межатомном расстоянии и изменением угла связи. Имеет sp гибридные ссылки 2 и зр 3 соотношение которых варьируется в зависимости от типа аморфного углерода.

    Его физические и химические свойства связаны с его молекулярной организацией и микроструктурой.

    В целом он обладает свойствами высокой стабильности и высокой механической твердости, термостойкости и износостойкости. Кроме того, он отличается высокой оптической прозрачностью, низким коэффициентом трения и стойкостью к различным агрессивным агентам.

    Аморфный углерод чувствителен к воздействию облучения, помимо других свойств обладает высокой электрохимической стабильностью и электропроводностью.

    Приложения

    Каждый из различных типов аморфного углерода имеет свои собственные характеристики или свойства и очень специфическое применение.

    Уголь

    Уголь является ископаемым топливом и поэтому является важным источником энергии, которая также используется для производства электроэнергии. Влияние угольной промышленности на окружающую среду и ее использование на электростанциях сегодня горячо обсуждается.

    Активированный уголь

    Он полезен для избирательного поглощения или фильтрации загрязняющих веществ из питьевой воды, обесцвечивающих растворов и даже может поглощать газы серы.

    Черный карбон

    Технический углерод широко используется для изготовления пигментов, печатных красок и различных красок. Этот углерод обычно улучшает прочность и сопротивление резиновых изделий.

    В качестве наполнителя в ободах или шинах он увеличивает их износостойкость и защищает материалы от разрушения под действием солнечного света.

    Аморфные углеродные пленки

    Технологическое использование аморфных углеродных пленок или покрытий в разновидностях плоских панелей и микроэлектронных устройств увеличивается. Доля sp ссылок 2 и зр 3 заставляет аморфные углеродные пленки обладать оптическими и механическими свойствами переменной плотности и твердости.

    Точно так же они используются в антибликовых покрытиях, в покрытиях для радиологической защиты, среди прочего.


    В этой статье мы дадим характеристику углерода с точки зрения химии: узнаем, металл это или неметалл, какими свойствами он обладает, с какими веществами реагирует и где находят применение различные модификации углерода.

    О чем эта статья:

    Углерод — это химический элемент, неметалл, расположенный в таблице Д. И. Менделеева в главной подгруппе IV группы, во 2-м периоде, имеет порядковый номер 6.

    Агрегатное состояние углерода при нормальных условиях — твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. Молекула углерода одноатомна. Химическая формула углерода — С.

    Строение углерода

    В нейтральном атоме углерода находится шесть электронов. Два из них расположены вблизи ядра и образуют первый слой (1s-состояние). Следующие четыре электрона образуют второй электронный слой. Два из четырех электронов находятся в 2s-состоянии, а два других — в 2р-состоянии. Нейтральный атом углерода в основном состоянии двухвалентен и имеет электронно-графическую конфигурацию 1s 2 2s 2 2р 2 .

    Электронная конфигурация углерода

    Возможные валентности: II, IV.

    Аллотропия углерода

    Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

    Выделяют два вида углерода в зависимости от образования модификаций:

    Кристаллический углерод входит в состав твердых веществ (алмаз, графит, графен, фуллерен, карбин).

    Аморфный углерод образует мягкие вещества (уголь, кокс, сажа).

    Рассмотрим подробнее основные аллотропные модификации углерода, их физические свойства и применение.

    Алмаз

    Алмаз — трехмерный полимер, бесцветное кристаллическое вещество, самый твердый природный минерал, имеет высокую теплопроводность. Его используют в промышленности для обработки различных твердых материалов, для бурения горных пород. Несмотря на то что алмаз твердый, в то же время он хрупкий. Получающийся при измельчении алмаза порошок применяют для шлифовки драгоценных камней. Хорошо отшлифованные прозрачные алмазы называют бриллиантами.

    В кристаллической решетке атомы углерода связаны ковалентной связью. Расстояние между всеми атомами одинаковое, поэтому связи прочные по всем направлениям.

    Одно из уникальных свойств алмазов — способность преломлять свет (люминесценция). При действии излучения алмазы начинают светиться разными цветами. Такая игра света, хороший показатель преломления и прозрачность делают этот драгоценный камень одним из самых дорогих. При этом необработанный алмаз не обладает такими качествами.

    В промышленных масштабах алмазы получают при высоком давлении (тысячи МПа) и высоких температурах (1 500–3 000 °С). Процесс протекает в присутствии катализатора (например, Ni).

    При нагревании алмаза до 1 000 °С и высоком давлении без доступа воздуха получают графит. При температуре 1 750 °С переход из алмаза в графит протекает существенно быстрее. При прокаливании в кислороде алмаз сгорает, образуя диоксид углерода.

    Графит

    Графит — темно-серое мягкое кристаллическое вещество со слабым металлическим блеском. Хорошо электро- и теплопроводен, стоек при нагревании в вакууме. Имеет слоистую структуру. На поверхности оставляет черные черты. На ощупь графит жирный и скользкий.

    Графит термодинамически устойчив, поэтому в расчетах термодинамических величин он принимается в качестве стандартного состояния углерода.

    На воздухе графит не загорается даже при сильном накаливании, но легко сгорает в чистом кислороде с образованием диоксида углерода.

    При температуре 3 000 °С в электрических печах получают искусственный графит из лучших сортов каменного угля.

    Графен

    Графен представляет собой монослой графита. Впервые графен был получен ручным механическим отщеплением в лабораторных условиях, что не предполагает широкого производства.

    В более крупных масштабах графен получают при помощи нагревания кремниевых пластин, верхний слой которых состоит из карбида кремния. Под действием высоких температур происходит отщепление атомов углерода, которые остаются на пластинке в виде графена, а кремний испаряется. Графен представляет собой тонкое и прочное вещество с высокой электропроводностью. В настоящее время он широко используется в микроэлектронике и автомобилестроении.

    Карбин

    Карбин — твердое черное вещество. Состоит из линейных полимерных цепей, которые соединены чередующимися одинарными и тройными связями в линейные цепочки: −С≡С−С≡С−С≡С−.

    Впервые карбин был открыт в 60-х годах, но его существование не признавали до тех пор, пока его не обнаружили в природе — в метеоритном веществе.

    Карбин — полупроводник, под действием света его проводимость сильно увеличивается. Переход в графит возможен при нагревании до 2 300 °С.

    Карбин применяют в медицине для изготовления искусственных кровеносных сосудов.

    Уголь

    Уголь — мельчайшие кристаллики графита, полученные путем термического разложения углеродсодержащих соединений без доступа воздуха.

    Угли имеют разные свойства в зависимости от веществ, из которых получены. Наиболее важные сорта угля — кокс, древесный уголь, сажа.

    Кокс получается при нагревании каменного угля без доступа воздуха. Применяется в металлургии при выплавке металлов из руд.

    Древесный уголь образуется при нагревании дерева без доступа воздуха. Благодаря пористому строению он обладает высокой адсорбционной способностью.

    Сажа — очень мелкий графитовый кристаллический порошок. Образуется при сжигании углеводородов (природного газа, ацетилена, скипидара и др.) с ограниченным доступом воздуха.

    Активные угли — пористые промышленные адсорбенты, получаемые из твердого топлива, дерева и продуктов его переработки. Применяются для поглощения паров летучих жидкостей из воздуха.

    Сравнение основных аллотропных модификаций углерода

    Сравнение аллотропных модификаций углерода

    Нахождение углерода в природе

    Основная масса углерода существует в виде природных карбонатов кальция CaCO3 (мела, мрамора, известняка) и магния MgCO3, а также горючих ископаемых.

    Читайте также: