الكربون غير المتبلور: أنواعه وخصائصه واستخداماته - كيمياء - 2024

و الكربون غير المتبلور هو أي هياكل تآصلي مليئة العيوب الجزيئية الكربون والمخالفات. يشير مصطلح allotrope إلى عنصر كيميائي واحد ، مثل ذرة الكربون ، وتشكيل هياكل جزيئية مختلفة ؛ بعضها متبلور ، والبعض الآخر ، كما في هذه الحالة ، غير متبلور.

يفتقر الكربون غير المتبلور إلى البنية البلورية طويلة المدى التي تميز الماس والجرافيت. هذا يعني أن النمط الهيكلي يظل ثابتًا إلى حد ما عند عرض مناطق من المادة الصلبة قريبة جدًا من بعضها البعض ؛ وعندما يكونون بعيدين ، تصبح خلافاتهم واضحة.

حرق الفحم. المصدر: Pixabay

تختلف أيضًا الخصائص الفيزيائية والكيميائية أو خصائص الكربون غير المتبلور عن تلك الخاصة بالجرافيت والماس. على سبيل المثال ، هناك الفحم الشهير ، وهو منتج من احتراق الخشب (الصورة العلوية). هذا ليس مزلقًا ، وليس لامعًا أيضًا.

هناك عدة أنواع من الكربون غير المتبلور في الطبيعة ويمكن أيضًا الحصول على هذه الأنواع صناعياً. من بين الأشكال المختلفة للكربون غير المتبلور أسود الكربون والكربون المنشط والسخام والفحم.

للكربون غير المتبلور استخدامات مهمة في صناعة توليد الطاقة ، وكذلك في صناعات النسيج والصحة.

أنواع الكربون غير المتبلور

هناك عدة معايير لتصنيفها ، مثل أصلها وتكوينها وهيكلها. يعتمد الأخير على العلاقة بين ذرات الكربون مع تهجين sp ² و sp ³ ؛ أي تلك التي تحدد المستوى أو رباعي السطوح ، على التوالي. لذلك ، يمكن أن تصبح المصفوفة غير العضوية (المعدنية) لهذه المواد الصلبة معقدة للغاية.

حسب أصله

يوجد كربون غير متبلور من أصل طبيعي ، لأنه نتاج الأكسدة وأشكال تحلل المركبات العضوية. يشمل هذا النوع من الكربون السخام والفحم والكربون المشتق من الكربيدات.

يتم إنتاج الكربون الصناعي غير المتبلور عن طريق تقنيات ترسيب القوس الكاثودي ، والرش. صناعيًا ، يتم أيضًا تصنيع طلاءات كربون غير متبلورة تشبه الألماس أو أفلام كربون غير متبلورة.

بناء

يمكن أيضًا تجميع الكربون غير المتبلور في ثلاثة أنواع كبيرة اعتمادًا على نسبة روابط sp ² أو sp ³ الموجودة. يوجد الكربون غير المتبلور ، الذي ينتمي إلى ما يسمى بالكربون الأولي غير المتبلور (aC) ، والكربون غير المتبلور المهدرج (aC: H) ، والكربون غير المتبلور رباعي السطوح (ta-C).

عنصر الكربون غير المتبلور

غالبًا ما يتم اختصاره BC أو BC ، ويتضمن الكربون المنشط وأسود الكربون. يتم الحصول على أصناف هذه المجموعة عن طريق الاحتراق غير الكامل للمواد الحيوانية والنباتية ؛ أي أنها تحترق مع نقص متكافئ في الأكسجين.

يقدمون نسبة أعلى من روابط sp ² في هيكلهم أو تنظيمهم الجزيئي. يمكن تخيلها كسلسلة من الطائرات المجمعة ، ذات التوجهات المختلفة في الفضاء ، وهي نتاج للكربون رباعي السطوح الذي يؤسس عدم التجانس في الكل.

من بينها ، تم تصنيع المركبات النانوية مع التطبيقات الإلكترونية وتطوير المواد.

الكربون غير المتبلور المهدرج

يختصر إلى BC: H أو HAC. وتشمل هذه المواد السخام والدخان والفحم المستخرج مثل البيتومين والأسفلت. يمكن تمييز السخام بسهولة عند وجود حريق في جبل بالقرب من مدينة أو بلدة ، حيث يُلاحظ في التيارات الهوائية التي تحمله على شكل أوراق سوداء هشة.

كما يوحي اسمها ، فهي تحتوي على الهيدروجين ، ولكنها مرتبطة تساهميًا بذرات الكربون ، وليس من النوع الجزيئي (H ₂). أي أن هناك سندات CH. إذا تم إطلاق الهيدروجين في إحدى هذه الروابط ، فسيكون مدارًا مع إلكترون غير مزدوج. إذا كان اثنان من هذه الإلكترونات غير الزوجية قريبين جدًا من بعضهما البعض ، فسوف يتفاعلان ، مما يتسبب في ما يسمى بالروابط المتدلية.

مع هذا النوع من الكربون غير المتبلور المهدرج ، يتم الحصول على أغشية أو طلاءات ذات صلابة أقل من تلك المصنوعة باستخدام ta-C.

رباعي السطوح كربون غير متبلور

يُختصر كـ ta-C ، ويسمى أيضًا الكربون الشبيه بالماس. يحتوي على نسبة عالية من الروابط المهجنة sp ³.

تنتمي أفلام الكربون غير المتبلورة أو الطلاءات ذات الهيكل رباعي السطوح غير المتبلور إلى هذا التصنيف. يفتقرون إلى الهيدروجين ، ولديهم صلابة عالية ، والعديد من خصائصهم الفيزيائية تشبه خصائص الماس.

جزيئيًا ، يتكون من كربونات رباعي السطوح لا تقدم نمطًا هيكليًا طويل المدى ؛ بينما في الماس ، يظل الترتيب ثابتًا في مناطق مختلفة من البلورة. يمكن أن يقدم ta-C ترتيبًا معينًا أو سمة نمطية للبلورة ، ولكن فقط في نطاق قصير.

تكوين

يتم تنظيم الفحم على شكل طبقات من الصخور السوداء تحتوي على عناصر أخرى مثل الكبريت والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. من هنا تنشأ الكربون غير المتبلور مثل الفحم والجفت والأنثراسايت والليغنيت. أنثراسايت هو الذي يحتوي على أعلى تركيبة كربونية لجميعهم.

الخصائص

يحتوي الكربون غير المتبلور الحقيقي على روابط موضعية مع انحرافات في التباعد بين الذرات والتباين في زاوية الرابطة. يحتوي على روابط هجينة sp ² و sp ³ والتي تختلف علاقتها باختلاف نوع الكربون غير المتبلور.

ترتبط خواصه الفيزيائية والكيميائية بتنظيمه الجزيئي وبنيته المجهرية.

بشكل عام ، تتميز بخصائص الثبات العالي والصلابة الميكانيكية العالية ومقاومة الحرارة ومقاومة التآكل. علاوة على ذلك ، تتميز بشفافية بصرية عالية ، معامل احتكاك منخفض ، ومقاومة لعوامل التآكل المختلفة.

الكربون غير المتبلور حساس لتأثيرات الإشعاع ، ولديه ثبات كهروكيميائي عالي ، وموصلية كهربائية ، من بين خصائص أخرى.

التطبيقات

لكل نوع من الأنواع المختلفة من الكربون غير المتبلور خصائصه أو خصائصه واستخداماته الخاصة جدًا.

فحم

الفحم هو وقود أحفوري ، وبالتالي فهو مصدر مهم للطاقة ، والذي يستخدم أيضًا في توليد الكهرباء. إن التأثير البيئي لصناعة تعدين الفحم واستخدامه في محطات توليد الطاقة هو محل نقاش ساخن اليوم.

كربون مفعل

إنه مفيد للامتصاص أو الترشيح الانتقائي للملوثات من مياه الشرب ، ومحاليل إزالة اللون ، ويمكنه حتى امتصاص غازات الكبريت.

أسود فاحم

يستخدم أسود الكربون على نطاق واسع في صناعة الأصباغ وأحبار الطباعة ومجموعة متنوعة من الدهانات. يعمل هذا الكربون بشكل عام على تحسين قوة ومقاومة العناصر المطاطية.

كمادة مالئة للجنوط أو الإطارات ، فهي تزيد من مقاومتها للتآكل ، وتحمي المواد من التلف الناتج عن أشعة الشمس.

أفلام كربون غير متبلورة

يتزايد الاستخدام التكنولوجي لأغشية الكربون غير المتبلور أو الطلاءات في أنواع مختلفة من شاشات العرض المسطحة والإلكترونيات الدقيقة. تعني نسبة الروابط sp ² و sp ³ أن أفلام الكربون غير المتبلورة لها خصائص بصرية وميكانيكية ذات كثافة وصلابة متغيرة.

وبالمثل ، يتم استخدامها في الطلاءات المضادة للانعكاس ، في الطلاءات للحماية الإشعاعية ، من بين استخدامات أخرى.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2018). الفحم غير المتبلور. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. كوشي أ. (2014) كربون غير متبلور. في: Amils R. et al. (محرران) موسوعة علم الأحياء الفلكية. سبرينغر ، برلين ، هايدلبرغ.
4. يامي. (21 مايو 2012). أشكال متآصلة من الكربون. تم الاسترجاع من: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
5. العلوم المباشرة. (2019). كربون غير متبلور. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com
6. روبيو روي ، إم ، كوربيلا ، سي أند بيرتران ، إي. (2011). الخصائص الترايبولوجية للأغشية الرقيقة الكربونية المفلورة غير المتبلورة. تم الاسترجاع من: researchgate.net