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1基本介紹

簡單概述
無定形碳又稱為過渡態碳,是碳的同素異形體中的一大類,在炭素材料學歷史上,曾與石墨、金剛石並立,被認為是碳元素三種存在狀態之一。
無定形碳的共同特點是:
(1)C/H原子比大於10;
(2)X光衍射圖中的反射線模糊不清,從總體上看是非晶態的。但這類炭質材料,不像非晶金屬那樣形成完全雜亂無序的原子凝集體,即呈現所謂完全無定形。碳的價電子最易取能量低的sp2雜化軌道(見碳原子雜化軌道),形成六角碳網平面,即使在惰性氣體中把金剛石加熱到1800℃,金剛石也會轉化為石墨。
無定形碳中還含有直徑極小的(<30nm)二維石墨層面或三維石墨微晶,在微晶邊緣上存在大量不規則的鍵。呋哺樹脂經緩慢炭化製得的玻璃炭,除含有大量的sp2碳外,還含有不少的sp3碳。用低溫化學氣相沉積法製得的金剛石薄膜,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表徵這一大類物質,用炭質材料或過渡態碳來表述比較合適。
種類介紹
一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外,其餘主要成分都是單質碳。
煤炭是天然存在的無定形碳,其中含有一些由碳、氫、氮等組成的化合物。所謂無定形碳,並不是指這些物質存在的形狀,而是指其內部結構。實際上它們的內部結構並不是真正的無定形體,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。大部分無定形碳是石墨層型結構的分子碎片大致相互平行地,無規則地堆積在一起,可簡稱為亂層結構。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,這種四面體的碳原子所佔的比例多,則比較堅硬,如焦碳和玻璃態碳等。納米碳管和蔥頭形顆粒等結構可從球碳的結構出發來理解。
多孔黑色的塊粒或粉末狀碳。常見的有木炭、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。

2性質和用途

基本用途
炭黑:黑色粉末,一般用於黑色顏料、製作墨汁、油墨及作橡膠的耐磨增強劑等。
焦炭

  焦炭

焦炭:淺灰色、多孔堅硬固體,一般用於冶鍊金屬以及生產水煤氣。
木炭:灰黑色 、多孔性固體,一般用於燃料、火藥的製作,以及食品工業的吸附劑。
活性炭:黑色、多孔性顆粒或粉末,一般用於防毒面具中過濾空氣,水的凈化處理劑以及製糖的工業脫色劑。
早在15世紀就已知道屬於無定形碳的木炭具有吸附性。19世紀在提純白糖時就開始使用木炭。以後又對無定形碳進行很多處理,產生了一些種類。
由煤乾餾、木材乾餾、烴熱分解或不完全燃燒而得。用作吸附劑、催化劑、填料、火藥原料,以及用於冶金等。
無定形碳跟少量砂子、氧化鐵催化劑混合,在約3500℃中加熱,使產生的碳蒸氣凝聚,可得人造石墨。
碳黑可用於製造油墨、油漆、墨汁等;木炭可作燃料或還原劑,用於冶鍊金屬;活性炭可作電冰箱的除臭劑、凈水過濾器、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。
無定形碳涉及的面很廣,日常生活和工農業生產中常用到無定形碳。

3製取方法

木炭:由木材在隔絕空氣的條件下加強熱製得。
  焦炭:由煙煤隔絕空氣加強熱製得。
炭黑:由天然氣高溫分解製得。
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