CARBONIO AMORFO: TIPOLOGIE, PROPRIETÀ E USI - CHIMICA - 2024

Il carbonio amorfo è una struttura allotropica piena di difetti e irregolarità molecolari del carbonio. Il termine allotropo si riferisce a un singolo elemento chimico, come l'atomo di carbonio, che forma diverse strutture molecolari; alcuni cristallini e altri, come in questo caso, amorfi.

Al carbonio amorfo manca la struttura cristallina a lungo raggio che caratterizza il diamante e la grafite. Ciò significa che il modello strutturale rimane leggermente costante quando si visualizzano regioni del solido molto vicine tra loro; e quando sono distanti, le loro differenze diventano evidenti.

Carbone ardente. Fonte: Pixabay

Anche le caratteristiche o proprietà fisiche e chimiche del carbonio amorfo sono diverse da quelle della grafite e del diamante. Ad esempio, c'è il famoso carbone di legna, un prodotto della combustione del legno (immagine in alto). Questo non è lubrificante e non è nemmeno lucido.

Esistono diversi tipi di carbonio amorfo in natura e queste varietà possono essere ottenute anche sinteticamente. Tra le varie forme di carbone amorfo ci sono il nerofumo, il carbone attivo, la fuliggine e il carbone.

Il carbonio amorfo ha usi importanti nell'industria della produzione di energia, così come nell'industria tessile e sanitaria.

Tipi di carbonio amorfo

Esistono diversi criteri per classificarli, come la loro origine, composizione e struttura. Quest'ultimo dipende dalla relazione tra i carboni con ibridazioni sp ² e sp ³ ; cioè quelli che definiscono un piano o un tetraedro, rispettivamente. Pertanto, la matrice inorganica (mineralogica) di questi solidi può diventare molto complessa.

Secondo la sua origine

Esiste il carbonio amorfo di origine naturale, perché è il prodotto dell'ossidazione e delle forme di decomposizione dei composti organici. Questo tipo di carbonio include fuliggine, carbone e carbonio derivato dai carburi.

Il carbonio amorfo sintetico viene prodotto mediante tecniche di deposizione ad arco catodico e sputtering. Sinteticamente, vengono prodotti anche rivestimenti di carbonio amorfo tipo diamante o film di carbonio amorfo.

Struttura

Il carbonio amorfo può anche essere raggruppato in tre grandi tipi a seconda della proporzione di legami sp ² o sp ³ presenti. C'è il carbonio amorfo, che appartiene al cosiddetto carbonio amorfo elementare (aC), il carbonio amorfo idrogenato (aC: H) e il carbonio amorfo tetraedrico (ta-C).

Carbonio amorfo elementare

Spesso abbreviato BC o BC, include carbone attivo e nerofumo. Le varietà di questo gruppo si ottengono per combustione incompleta di sostanze animali e vegetali; cioè bruciano con un deficit stechiometrico di ossigeno.

Presentano una percentuale maggiore di legami sp ² nella loro struttura o organizzazione molecolare. Possono essere immaginati come una serie di piani raggruppati, con diversi orientamenti nello spazio, un prodotto di carboni tetraedrici che stabiliscono eterogeneità nel tutto.

Da loro, i nanocompositi sono stati sintetizzati con applicazioni elettroniche e sviluppo di materiali.

Carbonio amorfo idrogenato

Abbreviato in BC: H o HAC. Questi includono fuliggine, fumo, carbone estratto come bitume e asfalto. La fuliggine è facilmente distinguibile quando c'è un incendio in una montagna vicino a una città o paese, dove si osserva nelle correnti d'aria che la trasportano sotto forma di fragili foglie nere.

Come suggerisce il nome, contiene idrogeno, ma legato in modo covalente ad atomi di carbonio, e non di tipo molecolare (H ₂ ). Cioè, ci sono legami CH. Se uno di questi legami viene rilasciato idrogeno, sarà un orbitale con un elettrone spaiato. Se due di questi elettroni spaiati sono molto vicini l'uno all'altro, interagiranno, causando i cosiddetti legami penzolanti.

Con questo tipo di carbonio amorfo idrogenato si ottengono film o rivestimenti di durezza inferiore rispetto a quelli realizzati con ta-C.

Carbonio amorfo tetraedrico

Abbreviato in ta-C, chiamato anche carbonio simile al diamante. Contiene un'alta percentuale di legami ibridati sp ³ .

I film di carbonio amorfo o i rivestimenti con una struttura tetraedrica amorfa appartengono a questa classificazione. Mancano di idrogeno, hanno un'elevata durezza e molte delle loro proprietà fisiche sono simili a quelle del diamante.

Molecolarmente, è costituito da atomi di carbonio tetraedrici che non presentano uno schema strutturale a lungo raggio; mentre nel diamante, l'ordine rimane costante nelle diverse regioni del cristallo. Il ta-C può presentare un certo ordine o motivo caratteristico di un cristallo, ma solo a breve distanza.

Composizione

Il carbone è organizzato come strati di roccia nera, contenenti altri elementi come zolfo, idrogeno, azoto e ossigeno. Da qui nascono i carboni amorfi come il carbone, la torba, l'antracite e la lignite. L'antracite è quella con la più alta composizione di carbonio di tutte.

Proprietà

Il vero carbonio amorfo ha legami π localizzati con deviazioni nella spaziatura interatomica e variazione nell'angolo di legame. Ha legami ibridati sp ² e sp ^{3 la} cui relazione varia a seconda del tipo di carbonio amorfo.

Le sue proprietà fisiche e chimiche sono legate alla sua organizzazione molecolare e alla sua microstruttura.

In generale, ha proprietà di elevata stabilità ed elevata durezza meccanica, resistenza al calore e resistenza all'usura. Inoltre, è caratterizzato dalla sua elevata trasparenza ottica, basso coefficiente di attrito e resistenza a vari agenti corrosivi.

Il carbonio amorfo è sensibile agli effetti dell'irradiazione, ha un'elevata stabilità elettrochimica e conduttività elettrica, tra le altre proprietà.

applicazioni

Ciascuno dei diversi tipi di carbonio amorfo ha le sue caratteristiche o proprietà e usi molto particolari.

Carbone

Il carbone è un combustibile fossile, e quindi è un'importante fonte di energia, che viene utilizzata anche per generare elettricità. L'impatto ambientale dell'industria mineraria del carbone e il suo utilizzo nelle centrali elettriche sono oggetto di accesi dibattiti oggi.

Carbone attivo

È utile per l'assorbimento selettivo o la filtrazione di contaminanti dall'acqua potabile, soluzioni decoloranti e può anche assorbire gas di zolfo.

Carbone nero

Il nerofumo è ampiamente utilizzato nella produzione di pigmenti, inchiostri da stampa e una varietà di vernici. Questo carbonio generalmente migliora la forza e la resistenza degli articoli in gomma.

Come riempitivo di cerchi o pneumatici, aumenta la loro resistenza all'usura e protegge i materiali dal degrado causato dalla luce solare.

Film in carbonio amorfo

L'uso tecnologico di film o rivestimenti di carbonio amorfo in una varietà di display a schermo piatto e microelettronica è in crescita. La proporzione dei legami sp ² e sp ³ significa che i film di carbonio amorfo hanno proprietà ottiche e meccaniche di densità e durezza variabili.

Allo stesso modo, vengono utilizzati nei rivestimenti antiriflesso, nei rivestimenti per la protezione radiologica, tra gli altri usi.

Riferimenti

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