Carbono amorfo: tipos, propriedades e usos - Ciência - 2023

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o carbono amorfo É todo aquele carbono alotrópico com estruturas cheias 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 não tem a estrutura cristalina de longo alcance que caracteriza o diamante e a grafite. Isso significa que o padrão estrutural permanece ligeiramente constante ao visualizar regiões do sólido que estão muito próximas umas das outras; e quando estão distantes, suas diferenças tornam-se aparentes.

As características físicas e químicas ou propriedades do carbono amorfo também são diferentes daquelas da grafite e do diamante. Por exemplo, existe o famoso carvão, um produto da combustão da madeira (imagem superior). 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 carvão amorfo estão o negro de fumo, o carvão ativado, a fuligem e o carvão.

O carbono amorfo tem usos importantes na indústria de geração de energia, bem como nas indústrias têxtil e de saúde.

Tipos de carbono amorfo

Existem vários critérios para classificá-los, como sua origem, composição e estrutura. Este último depende da relação entre os carbonos com hibridizações sp2 e sp3; isto é, aqueles que definem um plano ou tetraedro, respectivamente. Portanto, a matriz inorgânica (mineralógica) desses sólidos pode se tornar muito complexa.

De acordo com sua origem

Existe o carbono amorfo de origem natural, pois é o produto da oxidação e das formas de decomposição de compostos orgânicos. Esse tipo de carbono inclui fuligem, carvão e carbono derivado de carbonetos.


O carbono amorfo sintético é produzido por técnicas de deposição de arco catódico e pulverização catódica. De forma sintética, revestimentos de carbono amorfo tipo diamante ou filmes de carbono amorfo também são fabricados.

Estrutura

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

Carbono amorfo elementar

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

Eles têm uma proporção maior de links sp2 em sua estrutura ou organização molecular. Eles podem ser imaginados como uma série de planos agrupados, com diferentes orientações no espaço, produto dos carbonos tetraédricos que estabelecem a heterogeneidade no todo.


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

Carbono amorfo hidrogenado

Abreviado como BC: H ou HAC. Entre eles estão fuligem, fumaça, carvão extraído como betume e asfalto. A fuligem é facilmente distinguida quando ocorre um incêndio em uma montanha próxima a uma cidade ou povoado, onde é observada nas correntes de ar que a carregam na forma de frágeis folhas pretas.

Como o próprio nome sugere, contém hidrogênio, mas covalentemente ligado a átomos de carbono, e não do tipo molecular (H2) Ou seja, existem ligações C-H. Se uma dessas ligações é liberado de hidrogênio, será um orbital com um elétron desemparelhado. Se dois desses elétrons desemparelhados estiverem muito próximos um do outro, eles interagirão, causando as chamadas ligações pendentes.

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

Carbono amorfo tetraédrico

Abreviado como ta-C, também chamado de carbono semelhante a diamante. Contém uma alta proporção de ligações hibridizadas sp3.

Filmes de carbono amorfo ou revestimentos com uma estrutura tetraédrica amorfa pertencem a esta classificação. 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 apresentam 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 rocha negra, contendo outros elementos como enxofre, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Daqui surgem carbonos amorfos como carvão, turfa, antracite e linhite. O antracito é aquele com a maior composição de carbono de todos eles.

Propriedades

O carbono amorfo verdadeiro tem ligações π localizadas com desvios no espaçamento interatômico e variação no ângulo da ligação. Possui links sp hibridizados2 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 à sua microestrutura.

Em geral, possui propriedades de alta estabilidade e alta dureza mecânica, resistência ao calor e resistência ao desgaste. Além disso, é caracterizado por sua 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.

Formulários

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

Carvão

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

Carvão ativado

É útil para absorção ou filtração seletiva de contaminantes da água potável, soluções descolorantes e pode até mesmo absorver gases de enxofre.

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 resistência e a resistência dos itens de borracha.

Como enchimento em jantes ou 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 de carbono amorfo em variedades de telas planas e dispositivos microeletrônicos está aumentando. A proporção de links sp2 e sp3 faz com que os filmes de carbono amorfo possuam propriedades ópticas e mecânicas de densidade e dureza variáveis.

Da mesma forma, são utilizados em revestimentos anti-reflexo, em revestimentos de proteção radiológica, entre outros usos.

Referências

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
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