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無(wú)定形碳
碳的同素異形體中的一大類(lèi)
基本信息
| 中文名 | 無(wú)定形碳 |
| 外文名 | amorphous carbon |
| 別名 | 過(guò)渡態(tài)碳 |
| 水溶性 | 不溶于水 |
| 定義 | 碳氫原子比大于10 |
特征
無(wú)定形碳共同特點(diǎn)
無(wú)定形碳
(2)X光衍射圖中的反射線(xiàn)模糊不清，從總體上看是非晶態(tài)的。但這類(lèi)炭質(zhì)材料，不像非晶金屬那樣形成完全雜亂無(wú)序的原子凝集體，即呈現所謂完全無(wú)定形。碳的價(jià)電子最易取能量低的sp2雜化軌道(見(jiàn)碳原子雜化軌道)，形成六角碳網(wǎng)平面，即使在惰性氣體中把金剛石加熱到1800℃，金剛石也會(huì )轉化為石墨。
無(wú)定形碳中還含有直徑極小的(<30nm)二維石墨層面或三維石墨，在微晶邊緣上存在大量不規則的鍵。呋哺樹(shù)脂經(jīng)緩慢炭化制得的玻璃炭，除含有大量的sp2碳外，還含有不少的sp3碳。用低溫化學(xué)氣相沉積法制得的金剛石薄膜，雖然其中碳原子以sp3鍵合為主，但也有少量碳原子以sp2方式互相鍵合。總之不能用單一的結構模式來(lái)表征這一大類(lèi)物質(zhì)，用炭質(zhì)材料或過(guò)渡態(tài)碳來(lái)表述比較合適。
種類(lèi)介紹
煤炭是天然存在的無(wú)定形碳，其中含有一些由碳、氫、氮等組成的化合物。所謂無(wú)定形碳，并不是指這些物質(zhì)存在的形狀，而是指其內部結構。實(shí)際上它們的內部結構并不是真正的無(wú)定形體，而是具有和石墨一樣結構的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結構零亂且不規則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質(zhì)。大部分無(wú)定形碳是石墨層型結構的分子碎片大致相互平行地，無(wú)規則地堆積在一起，可簡(jiǎn)稱(chēng)為亂層結構。層間或碎片之間用金剛石結構的四面體成鍵方式的碳原子鍵連起來(lái)，這種四面體的碳原子所占的比例多，則比較堅硬，如焦碳和玻璃態(tài)碳等。納米碳管和蔥頭形顆粒等結構可從球碳的結構出發(fā)來(lái)理解。
多孔黑色的塊粒或粉末狀碳。常見(jiàn)的有木炭、焦炭、炭黑、骨炭等。為微晶狀碳，晶粒很小，由碳原子六角形環(huán)所構成的層為不規則堆積。高溫下與氧、金屬氧化物作用生成碳的氧化物。與硫和金屬作用生成碳化物。
性質(zhì)和用途
基本性質(zhì)
無(wú)定形碳顧名思義沒(méi)有特定形狀和周期性結構的規律，但它內部原子的排列可從三種晶態(tài)碳的單質(zhì)結構來(lái)理解。
無(wú)定形碳中石墨層的大小，因制造不同工業(yè)用途的品種和工藝而異，例如，用作橡膠填充劑的炭黑及作吸附劑用的活性炭等，它們的主體是石墨亂層結構的顆粒。粒徑約為幾個(gè)納米，層間距離接近石墨晶體中的數值，約為0.34nm，碳纖維中的石墨層呈卷曲狀，沿纖維軸方向延伸，煤的結構很復雜，由于生成的條件不同，石墨化程度不同，氫、氧、氮等的含量差異很大，結構的差異也很大。
基本用途
炭黑：黑色粉末，一般用于黑色顏料、制作墨汁、油墨及做橡膠的耐磨增強劑等。
炭黑
木炭：灰黑色、多孔性固體，一般用于燃料、火藥的制作，以及食品工業(yè)的吸附劑。
早在15世紀就已知道屬于無(wú)定形碳的木炭具有吸附性。19世紀在提純白糖時(shí)就開(kāi)始使用木炭。以后又對無(wú)定形碳進(jìn)行很多處理，產(chǎn)生了一些種類(lèi)。
碳黑可用于制造油墨、油漆、墨汁等；木炭可作燃料或還原劑，用于冶煉金屬；活性炭可作電冰箱的除臭劑、凈水過(guò)濾器、防毒面具的濾毒罐、脫色劑等。它還有吸附能力，把氣體或溶液中的有色物質(zhì)附在表面上，因而使其脫色。焦碳可用作燃料和煉鐵的還原劑。
無(wú)定形碳涉及的面很廣，日常生活和工農業(yè)生產(chǎn)中常用到無(wú)定形碳。
制取方法
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