Carbono amorfo: tipos, propriedades e usos

O carbono amorfo é quaisquer estruturas alotrópicas cheios com defeitos e irregularidades moleculares de carbono. O termo alótropo refere-se ao fato de que um único elemento químico, como o átomo de carbono, forma estruturas moleculares diferentes; alguns cristalinos e outros, como neste caso, amorfos.

O carbono amorfo não possui a estrutura cristalina de longo alcance que caracteriza diamante e grafite. Isso significa que o padrão estrutural permanecerá ligeiramente constante se as regiões do sólido forem exibidas muito próximas umas das outras; e quando estão distantes, suas diferenças se tornam evidentes.

Carbono amorfo: tipos, propriedades e usos 1

Queima de carvão. Fonte: Pixabay

As características ou propriedades físicas e químicas do carbono amorfo também são diferentes das de grafite e diamante. Por exemplo, você tem o famoso carvão vegetal, um produto da combustão da madeira (imagem superior). Este não é um lubrificante, nem é brilhante.

Existem vários tipos de carbono amorfo na natureza e essas variedades também podem ser obtidas sinteticamente. Entre as várias formas de carbono amorfo estão o negro de fumo, o carvão ativado, a fuligem e o carvão.

O carbono amorfo tem usos importantes no nível da indústria de geração de energia, bem como nas indústrias têxtil e sanitária.

Tipos de carbono amorfo

Existem vários critérios para classificá-los, como origem, composição e estrutura. Este último depende da relação entre os carbonos com hibridizações sp 2 e sp 3 ; isto é, aqueles que definem um plano ou um tetraedro, respectivamente. Portanto, a matriz inorgânica (mineralógica) desses sólidos pode se tornar muito complexa.

De acordo com sua origem

Existe carbono amorfo de origem natural, porque é um produto de oxidação e formas de decomposição de compostos orgânicos. Entre esse tipo de carbono estão fuligem, carvão e carbono derivados de carbonetos.

O carbono amorfo sintético é produzido por técnicas de deposição de arco catódico e sputtering. Sinteticamente, também são fabricados revestimentos de carbono amorfo do tipo diamante ou filmes de carbono amorfo.

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Estrutura

Além disso, o carbono amorfo pode ser agrupado em três tipos principais, dependendo da proporção de ligações sp 2 ou sp 3 presentes. Existe carbono amorfo, que pertence ao chamado carbono amorfo elementar (BC), carbono amorfo hidrogenado (BC: H) e carbono amorfo tetraédrico (TA-C).

Carbono amorfo elementar

Abreviado frequentemente como BC ou BC, inclui carvão ativado e negro de carbono. As variedades deste grupo são obtidas por combustão incompleta de substâncias animais e vegetais; isto é, eles queimam com um déficit estequiométrico de oxigênio.

Ligações têm uma maior proporção de SP 2 na sua estrutura molecular ou organização. Eles podem ser imaginados como uma série de planos agrupados, com diferentes orientações no espaço, produto de carbonos tetraédricos que estabelecem heterogeneidade no todo.

A partir deles, os nanocompósitos foram sintetizados com aplicações eletrônicas e desenvolvimento de materiais.

Carbono hidrogenado amorfo

Abreviado como aC: H ou HAC. Entre eles estão fuligem, fumaça, carvão extraído como betume e asfalto. A fuligem é facilmente distinguível quando há um incêndio em uma montanha perto de uma cidade ou vila, onde é observado nos rascunhos que a arrastam na forma de folhas pretas frágeis de cor preta.

Como o seu nome sugere, que contém hidrogénio mas covalentemente ligado aos átomos de carbono, e nenhum tipo molecular (H 2 ). Ou seja, existem links CH. Se uma dessas ligações é liberada por hidrogênio, um orbital com um elétron ausente permanecerá. Se dois desses elétrons ausentes estiverem muito próximos um do outro, eles irão interagir causando as chamadas ligações suspensas (ligação pendente, em inglês).

Com esse tipo de carbono amorfo hidrogenado, são obtidos filmes ou revestimentos de menor dureza do que aqueles feitos com ta-C.

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Carbono amorfo tetraédrico

Abreviado como ta-C, também chamado de carvão semelhante ao diamante. Ele contém uma alta proporção de ligações hibridadas sp 3 .

A essa classificação pertencem filmes ou revestimentos de carbono amorfo, com estrutura tetraédrica amorfa. Eles não possuem hidrogênio, possuem alta dureza e muitas de suas propriedades físicas são semelhantes às do diamante.

Molecularmente, consiste em carbonos tetraédricos que não possuem um padrão estrutural de longo alcance; enquanto no diamante, a ordem permanece constante em diferentes regiões do cristal. O ta-C pode apresentar uma certa ordem ou padrão característico de um cristal, mas apenas em curto alcance.

Composição:

O carvão é organizado como estratos de rochas negras, contendo outros elementos como enxofre, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Portanto, os carbonos amorfos, como carvão, turfa, antracite e carvão marrom. O antracito pertence a todos eles com a maior composição de carbono.

Propriedades

O verdadeiro carbono amorfo possui ligações π localizadas com desvios no espaçamento interatômico e variação no ângulo de ligação. Possui ligações hibridadas sp 2 e sp 3 cuja proporção varia de acordo com o tipo de carbono amorfo.

Suas propriedades físicas e químicas estão relacionadas à sua organização molecular e sua microestrutura.

Em geral, possui alta estabilidade e alta dureza mecânica, resistência ao calor e propriedades de resistência ao desgaste. Além disso, caracteriza-se por apresentar alta transparência óptica, baixo coeficiente de atrito e resistência a vários agentes corrosivos.

O carbono amorfo é sensível aos efeitos da irradiação, possui alta estabilidade eletroquímica e condutividade elétrica, entre outras propriedades.

Usos

Cada um dos diferentes tipos de carbono amorfo possui características ou propriedades próprias e usos muito particulares.

Carvão

O carvão é um combustível fóssil e, portanto, é uma importante fonte de energia, que também é usada para gerar eletricidade. O impacto ambiental da indústria de mineração de carvão e seu uso em usinas são amplamente discutidos hoje.

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Carvão ativado

É útil para processos de absorção ou filtragem seletiva de contaminantes da água potável, soluções de branqueamento e pode até absorver gases de enxofre.

O negro de fumo

O negro de fumo é amplamente utilizado na fabricação de pigmentos, tintas de impressão e uma variedade de tintas. Esse carbono geralmente melhora a força e a resistência dos artigos feitos com borracha.

O preenchimento de pneus aumenta a sua resistência ao desgaste e protege os materiais da degradação causada pela luz solar.

Filmes de carbono amorfo

O uso tecnológico de filmes ou revestimentos amorfos de carbono em variedades de dispositivos de tela plana e microeletrônicos está aumentando. A proporção de ligações sp 2 e sp 3 faz filmes de carbono amorfo que tem propriedades ópticas e mecânicas de densidade variável e dureza.

Eles também são utilizados em revestimentos anti-reflexos, em revestimentos para proteção contra radiação, entre outros usos.

Referências

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição). Mc Graw Hill
  2. Wikipedia (2018). Carvão amorfo. Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Kouchi A. (2014) Carbono amorfo. In: Amils R. et al. (eds) Enciclopédia de Astrobiologia. Springer, Berlim, Heidelberg.
  4. E a mim. (21 de maio de 2012). Formas alotrópicas de carbono. Recuperado de: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
  5. Science Direct (2019). Carbono amorfo Recuperado de: sciencedirect.com
  6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. e Bertran, E. (2011). Propriedades Tribológicas de Filmes Finos de Carbono Amorfo Fluorados. Recuperado de: researchgate.net

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