Carbono amorfo: tipos, propriedades e usos

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

O carbono amorfo carece da estrutura cristalina de longo alcance que caracteriza o diamante e a grafite. Isso significa que o padrão estrutural permanece ligeiramente constante se você visualizar regiões do sólido muito próximas uma da outra; e quando estão distantes, suas diferenças se tornam evidentes.

As características ou propriedades físicas e químicas do carbono amorfo também são diferentes das de grafite e diamante. Por exemplo, temos o famoso carvão vegetal, um produto da combustão de madeira (imagem de cima). Isso não é lubrificante e também não 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, carvão ativado, fuligem e 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 sua origem, composição e estrutura. Este último depende da relação entre carbonos com hibridizações sp2 e sp3; 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 a sua origem

Há carbono amorfo de origem natural, porque é um produto da oxidação e formas de decomposição de compostos orgânicos. Entre este tipo de carbono são fuligem, carbono e carbono derivados de carbonetos.

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

Estrutura

Também o carbono amorfo pode ser agrupado em três grandes tipos, dependendo da proporção de ligações sp2 ou sp3 presentes. Há o carbono amorfo, que pertence ao chamado carbono amorfo elementar (aC), o carbono amorfo hidrogenado (aC: H) e o carbono amorfo tetraédrico (ta-C).

Carbono amorfo elementar

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

Eles têm uma proporção maior de ligações sp2 em sua estrutura molecular ou organização. Eles podem ser imaginados como uma série de planos agrupados, com diferentes orientações no espaço, produto dos 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, fuligem, fumaça, carvão extraído como betume e asfalto. A fuligem é facilmente distinguível quando há um incêndio em uma montanha adjacente a uma cidade ou cidade, onde é observado nas correntes de ar que o arrastam na forma de folhas pretas frágeis de cor preta.

Como seu nome indica, contém hidrogênio, mas covalentemente ligado aos átomos de carbono, e não do tipo molecular (H 2 ). Ou seja, existem links CH. Se o hidrogênio for liberado de uma dessas ligações, haverá um orbital com um elétron desemparelhado. Se dois desses elétrons não pareados estiverem muito próximos um do outro, eles irão interagir causando os chamados títulos pendentes (bond pendente, em inglês).

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

Carbono amorfo tetraédrico

Abreviado como ta-C, também chamado de carbono semelhante ao diamante. Ele contém uma alta proporção de links hibridizados sp3.

A esta classificação pertencem os filmes ou revestimentos de carbono amorfo, com uma estrutura tetraédrica amorfa. Eles não têm hidrogênio, têm 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 para um cristal, mas apenas a curto alcance.

Composição

O carvão é organizado como estratos de rocha negra, contendo outros elementos como enxofre, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. A partir daqui surgem carbonos amorfos, como carvão, turfa, antracito e linhite. O antracito é o que possui 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. Hibridizou ligações sp2 e sp3 cuja relação 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 propriedades de alta estabilidade e alta dureza mecânica, resistência ao calor e resistência ao desgaste. Além disso, caracteriza-se por apresentar alta transparência óptica, baixo coeficiente de atrito e resistência a diversos 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 tem suas próprias características ou propriedades e usos muito particulares.

O carvão

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

Carvão ativado

É útil realizar processos de absorção seletiva ou filtração de contaminantes em água potável, descolorir soluções e até mesmo absorver gases sulfurosos.

Preto carbono

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

Como enchimento em pneus ou pneus aumenta sua resistência ao desgaste e protege os materiais da degradação causada pela luz solar.

Películas de carbono amorfo

O uso tecnológico de filmes ou revestimentos de carbono amorfo em variedades de telas planas e dispositivos microeletrônicos está crescendo. A proporção de ligações sp2 e sp3 faz com que os filmes de carbono amorfo possuam propriedades ópticas e mecânicas de densidade e dureza variáveis.

Além disso, eles são usados ​​em revestimentos antirreflexo, em revestimentos para proteção radiológica, entre outros usos.