الكربون غير المتبلور: أنواعه وخصائصه واستخداماته
الكربون غير المتبلور هو كل ذلك الكربون المتآثر مع هياكل مليئة بالعيوب الجزيئية والمخالفات. يشير مصطلح allotrope إلى حقيقة أن عنصر كيميائي واحد ، مثل ذرة الكربون ، يشكل هياكل جزيئية مختلفة ؛ بعض البلورية ، وغيرها ، كما هو الحال في هذه الحالة ، غير متبلور.
يفتقر الكربون غير المتبلور إلى الهيكل البلوري بعيد المدى الذي يميز الماس والجرافيت. هذا يعني أن النموذج الهيكلي يظل ثابتًا قليلاً إذا قمت بتصور مناطق من المادة الصلبة قريبة جدًا من بعضها البعض ؛ وعندما تكون بعيدة ، تصبح خلافاتهم واضحة.
تختلف الخصائص أو الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكربون المتبلور عن خصائص الجرافيت والماس. على سبيل المثال ، لدينا الفحم الشهير ، نتاج احتراق الخشب (الصورة العليا). هذا ليس زيوت التشحيم ، وأنها ليست لامعة أيضا.
هناك عدة أنواع من الكربون غير المتبلور في الطبيعة ويمكن أيضًا الحصول على هذه الأصناف صناعياً. من بين الأشكال المختلفة للكربون غير المتبلور الكربون الأسود ، الكربون المنشط ، السخام والفحم.
للكربون غير المتبلور استخدامات مهمة على مستوى صناعة توليد الطاقة ، وكذلك في صناعات النسيج والصرف الصحي.
أنواع الكربون غير المتبلور
هناك العديد من المعايير لتصنيفها ، مثل أصلها وتكوينها وهيكلها. يعتمد الأخير على العلاقة بين الكربونات مع تهجين sp2 و sp3 ؛ وهذا هو ، تلك التي تحدد طائرة أو رباعي الاسطح ، على التوالي. لذلك ، يمكن أن تصبح المصفوفة غير العضوية (المعدنية) لهذه المواد الصلبة معقدة للغاية.
حسب أصله
هناك الكربون غير المتبلور من أصل طبيعي ، لأنه منتج للأكسدة وأشكال تحلل المركبات العضوية. من بين هذا النوع من الكربون السخام والكربون والكربون المشتق من كربيد.
يتم إنتاج الكربون غير المتبلور الصناعي عن طريق ترسيب القوس الكاثودي وتقنيات الاخرق الكاثودية. صناعيا ، يتم تصنيع الماس الكربون غير المتبلور أو أفلام الكربون غير المتبلور أيضا.
هيكل
كما يمكن تجميع الكربون غير المتبلور في ثلاثة أنواع كبيرة حسب نسبة روابط sp2 أو sp3 الحالية. هناك الكربون غير المتبلور ، الذي ينتمي إلى ما يسمى الكربون غير المتبلور الأولي (aC) ، والكربون المتبلور غير المهدرج (aC: H) ، والكربون المتبلور رباعي السطوح (ta-C).
الكربون غير المتبلور الأولي
يختصر بشكل متكرر كـ aC أو aC ، ويشمل الكربون المنشط وأسود الكربون. يتم الحصول على أصناف من هذه المجموعة عن طريق الاحتراق غير الكامل للمواد الحيوانية والخضروات. وهذا هو ، فإنها تحترق مع عجز كيميائي متوازن للأكسجين.
لديهم نسبة أعلى من روابط sp2 في التركيب الجزيئي أو المنظمة. يمكن تخيلها على أنها سلسلة من الطائرات المجمعة ، ذات توجهات مختلفة في الفضاء ، ناتجة عن كربون رباعي السطوح الذي ينشئ عدم التجانس في الكل.
منها ، تم تصنيع المركبات النانوية مع التطبيقات الإلكترونية وتطوير المواد.
متبلور الكربون المهدرج
يختصر كـ aC: H أو HAC. من بينها السخام والدخان والفحم المستخرج من البيتومين والأسفلت. يسهل تمييز السخام عندما يكون هناك حريق في جبل مجاور لمدينة أو بلدة ، حيث يتم ملاحظته في التيارات الهوائية التي تجرها في شكل أوراق سوداء هشة من اللون الأسود.
كما يشير اسمها ، فإنه يحتوي على هيدروجين ، ولكنه مرتبط تساهميًا بذرات الكربون ، وليس من النوع الجزيئي (H 2 ). وهذا هو ، هناك روابط CH. إذا تم إطلاق الهيدروجين من إحدى هذه الروابط ، فستكون هناك مدارية مزودة بإلكترون غير متزاوج. إذا كان اثنان من هذه الإلكترونات غير المقربة قريبين جدًا من بعضهما البعض ، فسيتفاعلان مما يتسبب في ما يسمى الروابط المتدلية (الرابطة المتدلية ، باللغة الإنجليزية).
مع هذا النوع من الكربون غير المتبلور المهدرج ، يتم الحصول على أفلام أو طبقات صلابة أقل من تلك المصنوعة من ta-C.
رباعي السطوح الكربون غير المتبلور
يختصر باسم ta-C ، ويسمى أيضًا الكربون المماثل للماس. أنه يحتوي على نسبة عالية من الروابط المختلطة sp3.
تنتمي إلى هذا التصنيف أفلام أو طبقات من الكربون غير المتبلور ، مع هيكل رباعي السطوح غير المتبلور. فهي تفتقر إلى الهيدروجين ، ولها صلابة عالية ، والعديد من خواصها الفيزيائية تشبه تلك الخاصة بالماس.
من الناحية الجزيئية ، يتكون من كربون رباعي السطوح لا يوجد له نمط هيكلي بعيد المدى. بينما في الماس ، يبقى الترتيب ثابتًا في مناطق مختلفة من البلورة. يمكن للطراز ta-C تقديم ترتيب معين أو نمط مميز لبلورة ، ولكن فقط في المدى القصير.
تركيب
يتم تنظيم الفحم كطبقات من الصخور السوداء ، التي تحتوي على عناصر أخرى مثل الكبريت والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. من هنا تنشأ كربونات غير متبلرة مثل الفحم ، الجفت ، أنثراسايت واللجنيت. أنثراسايت هو الذي يحتوي على أعلى تركيبة كربون.
خصائص
يحتوي الكربون غير المتبلور الحقيقي على روابط تقع مع انحرافات في التباعد بين الأطوار والتباين في زاوية الرابطة. لديها روابط sp2 و sp3 المهجنة التي تختلف علاقتها حسب نوع الكربون غير المتبلور.
ترتبط خواصه الفيزيائية والكيميائية بتنظيمها الجزيئي وبنيتها المجهرية.
بشكل عام ، لها خصائص الاستقرار العالي والصلابة الميكانيكية العالية ، المقاومة للحرارة ومقاومة التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز بأنها تتميز بالشفافية البصرية العالية ، معامل الاحتكاك المنخفض ، ومقاومة العوامل المسببة للتآكل.
الكربون غير المتبلور حساس لتأثيرات التشعيع ، لديه ثبات كهروكيميائي عالي وموصلية كهربائية ، من بين خصائص أخرى.
تطبيقات
كل نوع من أنواع الكربون غير المتبلور له خصائصه أو خواصه الخاصة ، واستخداماته الخاصة جدا.
الفحم
الفحم هو الوقود الأحفوري ، وبالتالي فهو مصدر مهم للطاقة ، والذي يستخدم أيضًا لتوليد الكهرباء. نناقش اليوم الأثر البيئي لصناعة تعدين الفحم واستخدامه في محطات الطاقة.
الكربون المنشط
من المفيد إجراء عمليات امتصاص أو ترشيح انتقائية للملوثات في مياه الشرب ، ومحاليل تلطيخ ، ويمكن حتى امتصاص غازات الكبريت.
أسود الكربون
يستخدم الكربون الأسود على نطاق واسع في إنتاج الأصباغ وأحبار الطباعة ومجموعة متنوعة من الدهانات. هذا الكربون عموما يحسن قوة ومقاومة المواد المصنوعة من المطاط.
كما حشو الإطارات أو الإطارات يزيد من مقاومتها للارتداء ، ويحمي المواد من التدهور الناجم عن أشعة الشمس.
أفلام الكربون غير المتبلور
يتزايد الاستخدام التكنولوجي لأفلام أو عوادم الكربون غير المتبلور في أنواع مختلفة من الأجهزة المسطحة والأجهزة الإلكترونية الدقيقة. نسبة روابط sp2 و sp3 تجعل أفلام الكربون غير المتبلورة تمتلك خصائص بصرية وميكانيكية متفاوتة الكثافة والصلابة.
أيضا ، يتم استخدامها في الطلاءات المضادة للانعكاس ، في الطلاء لحماية الإشعاعية ، من بين استخدامات أخرى.
