Karbon amorf: jenis, sifat dan kegunaan

Karbon amorf adalah semua karbon alotropik dengan struktur penuh dengan cacat molekul dan penyimpangan. Istilah allotrope merujuk pada fakta bahwa unsur kimia tunggal, seperti atom karbon, membentuk struktur molekul yang berbeda; beberapa kristal, dan yang lainnya, seperti dalam kasus ini, amorf.

Karbon amorf tidak memiliki struktur kristal jarak jauh yang menjadi ciri berlian dan grafit. Ini berarti bahwa pola struktural tetap sedikit konstan jika Anda memvisualisasikan daerah padatan yang sangat dekat satu sama lain; dan ketika mereka jauh, perbedaan mereka menjadi jelas.

Karakteristik atau sifat fisik dan kimia karbon amorf juga berbeda dari grafit dan berlian. Misalnya, kami memiliki arang yang terkenal, produk pembakaran kayu (gambar atas). Ini bukan pelumas, dan juga tidak mengkilap.

Ada beberapa jenis karbon amorf di alam dan varietas ini juga dapat diperoleh secara sintetis. Di antara berbagai bentuk karbon amorf adalah karbon hitam, karbon aktif, jelaga dan arang.

Karbon amorf memiliki kegunaan penting di tingkat industri penghasil energi, serta di industri tekstil dan sanitasi.

Jenis karbon amorf

Ada beberapa kriteria untuk mengklasifikasikannya, seperti asal, komposisi, dan strukturnya. Yang terakhir tergantung pada hubungan antara karbon dengan hibridisasi sp2 dan sp3; yaitu, mereka yang mendefinisikan pesawat atau tetrahedron, masing-masing. Oleh karena itu, matriks anorganik (mineralogi) dari padatan ini dapat menjadi sangat kompleks.

Menurut asalnya

Ada karbon amorf yang berasal dari alam, karena merupakan produk oksidasi dan bentuk penguraian senyawa organik. Di antara jenis karbon ini adalah jelaga, karbon dan karbon yang berasal dari karbida.

Karbon amorf sintetik dihasilkan oleh deposisi busur katodik dan teknik sputtering katodik. Secara sintetis, berlian karbon amorf atau karbon amorf juga diproduksi.

Struktur

Juga karbon amorf dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis besar tergantung pada proporsi ikatan sp2 atau sp3 yang ada. Ada karbon amorf, yang termasuk dalam apa yang disebut unsur karbon amorf (aC), karbon amorf terhidrogenasi (aC: H), dan karbon amorf tetrahedral (ta-C).

Karbon unsur amorf

Sering disingkat sebagai aC atau aC, itu termasuk karbon aktif dan karbon hitam. Varietas kelompok ini diperoleh dari pembakaran tidak sempurna zat hewani dan nabati; yaitu, mereka terbakar dengan defisit oksigen stoikiometrik.

Mereka memiliki proporsi ikatan sp2 yang lebih tinggi dalam struktur molekul atau organisasinya. Mereka dapat dibayangkan sebagai serangkaian pesawat yang dikelompokkan, dengan orientasi yang berbeda dalam ruang, produk dari karbon tetrahedral yang membentuk heterogenitas secara keseluruhan.

Dari mereka, nanocomposites telah disintesis dengan aplikasi elektronik dan pengembangan bahan.

Karbon terhidrogenasi amorf

Disingkat sebagai aC: H atau HAC. Diantaranya adalah jelaga, asap, batubara yang diekstraksi sebagai bitumen, dan aspal. Jelaga mudah dibedakan ketika ada api di gunung yang berdekatan dengan kota atau kota, di mana ia diamati dalam arus udara yang menyeretnya dalam bentuk daun hitam rapuh warna hitam.

Seperti namanya, itu mengandung hidrogen, tetapi secara kovalen terkait dengan atom karbon, dan bukan dari tipe molekul (H ₂ ). Artinya, ada tautan CH. Jika hidrogen dilepaskan dari salah satu ikatan ini, akan ada orbital dengan elektron tidak berpasangan. Jika dua dari elektron tidak berpasangan ini sangat dekat satu sama lain, mereka akan berinteraksi menyebabkan apa yang disebut ikatan terjuntai (ikatan menjuntai, dalam bahasa Inggris).

Dengan jenis karbon amorf terhidrogenasi ini, film atau pelapis dengan kekerasan lebih rendah diperoleh dari pada yang dibuat dengan ta-C.

Karbon amorf tetrahedral

Disingkat sebagai ta-C, juga disebut karbon mirip dengan berlian. Ini berisi sebagian besar tautan hibridisasi sp3.

Untuk klasifikasi ini termasuk film atau pelapis karbon amorf, dengan struktur tetrahedral amorf. Mereka kekurangan hidrogen, memiliki kekerasan tinggi, dan banyak dari sifat fisiknya mirip dengan berlian.

Secara molekuler, itu terdiri dari karbon tetrahedral yang tidak memiliki pola struktur jangka panjang; sedangkan pada intan, urutannya tetap konstan di berbagai wilayah kristal. Ta-C dapat menyajikan urutan atau pola karakteristik tertentu untuk kristal, tetapi hanya pada jarak pendek.

Komposisi

Batubara diatur sebagai strata batuan hitam, mengandung unsur-unsur lain seperti belerang, hidrogen, nitrogen dan oksigen. Dari sini timbul karbon amorf seperti batubara, gambut, antrasit dan lignit. Antrasit adalah yang memiliki komposisi karbon tertinggi.

Properti

Karbon amorf sejati memiliki π ikatan yang terletak dengan penyimpangan dalam jarak interatomik dan variasi dalam sudut ikatan. Ini memiliki ikatan sp2 dan sp3 hibridisasi yang hubungannya bervariasi sesuai dengan jenis karbon amorf.

Sifat fisik dan kimianya terkait dengan organisasi molekuler dan struktur mikronya.

Secara umum, ia memiliki sifat stabilitas tinggi dan kekerasan mekanik yang tinggi, tahan panas dan ketahanan aus. Selain itu, ini ditandai karena memiliki transparansi optik yang tinggi, koefisien gesekan yang rendah, dan ketahanan terhadap berbagai agen korosif.

Karbon amorf sensitif terhadap efek iradiasi, memiliki stabilitas elektrokimia yang tinggi dan konduktivitas listrik, di antara sifat-sifat lainnya.

Penggunaan

Masing-masing jenis karbon amorf yang berbeda memiliki karakteristik atau sifatnya sendiri, dan penggunaan yang sangat khusus.

Batubara

Batubara adalah bahan bakar fosil, dan karenanya merupakan sumber energi yang penting, yang juga digunakan untuk menghasilkan listrik. Dampak lingkungan dari industri pertambangan batubara dan penggunaannya dalam pembangkit listrik banyak dibahas hari ini.

Karbon aktif

Berguna untuk melakukan proses penyerapan atau penyaringan selektif dari kontaminan dalam air minum, larutan yang tidak berwarna, dan bahkan dapat menyerap gas sulfur.

Karbon hitam

Karbon hitam banyak digunakan dalam produksi pigmen, tinta cetak dan berbagai cat. Karbon ini umumnya meningkatkan kekuatan dan ketahanan barang yang dibuat dengan karet.

Sebagai pengisi dalam ban atau ban meningkatkan daya tahan terhadap aus, dan melindungi bahan dari degradasi yang disebabkan oleh sinar matahari.

Film karbon amorf

Penggunaan teknologi film karbon amorf atau pelapis dalam varietas layar datar dan perangkat mikroelektronik sedang berkembang. Rasio ikatan sp2 dan sp3 membuat film karbon amorf memiliki sifat optik dan mekanis dengan kepadatan dan kekerasan yang bervariasi.

Juga, mereka digunakan dalam pelapis antireflektif, dalam pelapis untuk perlindungan radiologis, di antara kegunaan lain.