百科首页 > 正文

无定形碳（碳的同素异形体中的一大类）

次浏览 | 更新时间：2023-05-20

来源：网络整理

精选百科

本文由作者推荐

无定形碳

碳的同素异形体中的一大类

无定形碳又称为过渡态碳，是碳的同素异形体中的一大类。无定形碳即指那些石墨化晶化程度很低，近似非晶形态（或无固定形状和周期性的结构规律）的碳材料，如炭黑等。在炭素材料学历史上，曾与石墨、金刚石并立，被认为是碳元素三种存在状态之一。

基本信息

中文名	无定形碳
外文名	amorphous carbon
别名	过渡态碳
水溶性	不溶于水
定义	碳氢原子比大于10

特征

无定形碳共同特点

无定形碳

(1)C/H原子比大于10；

(2)X光衍射图中的反射线模糊不清，从总体上看是非晶态的。但这类炭质材料，不像非晶金属那样形成完全杂乱无序的原子凝集体，即呈现所谓完全无定形。碳的价电子最易取能量低的sp2杂化轨道(见碳原子杂化轨道)，形成六角碳网平面，即使在惰性气体中把金刚石加热到1800℃，金刚石也会转化为石墨。

无定形碳中还含有直径极小的(<30nm)二维石墨层面或三维石墨，在微晶边缘上存在大量不规则的键。呋哺树脂经缓慢炭化制得的玻璃炭，除含有大量的sp2碳外，还含有不少的sp3碳。用低温化学气相沉积法制得的金刚石薄膜，虽然其中碳原子以sp3键合为主，但也有少量碳原子以sp2方式互相键合。总之不能用单一的结构模式来表征这一大类物质，用炭质材料或过渡态碳来表述比较合适。

碳的同素异形体

sp3杂化	金刚石-蓝丝黛尔石
sp2杂化	石墨-石墨烯-富勒烯-玻璃碳
sp杂化	直链乙炔碳
其他	c1-c2-c4-c8
相关	蜡石-活性炭

种类介绍

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，其余主要成分都是单质碳。

煤炭是天然存在的无定形碳，其中含有一些由碳、氢、氮等组成的化合物。所谓无定形碳，并不是指这些物质存在的形状，而是指其内部结构。实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体，而是具有和石墨一样结构的晶体，只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱且不规则，晶体形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量杂质。大部分无定形碳是石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地，无规则地堆积在一起，可简称为乱层结构。层间或碎片之间用金刚石结构的四面体成键方式的碳原子键连起来，这种四面体的碳原子所占的比例多，则比较坚硬，如焦碳和玻璃态碳等。纳米碳管和葱头形颗粒等结构可从球碳的结构出发来理解。

多孔黑色的块粒或粉末状碳。常见的有木炭、焦炭、炭黑、骨炭等。为微晶状碳，晶粒很小，由碳原子六角形环所构成的层为不规则堆积。高温下与氧、金属氧化物作用生成碳的氧化物。与硫和金属作用生成碳化物。

性质和用途

基本性质

无定形碳顾名思义没有特定形状和周期性结构的规律，但它内部原子的排列可从三种晶态碳的单质结构来理解。

无定形碳中石墨层的大小，因制造不同工业用途的品种和工艺而异，例如，用作橡胶填充剂的炭黑及作吸附剂用的活性炭等，它们的主体是石墨乱层结构的颗粒。粒径约为几个纳米，层间距离接近石墨晶体中的数值，约为0.34nm，碳纤维中的石墨层呈卷曲状，沿纤维轴方向延伸，煤的结构很复杂，由于生成的条件不同，石墨化程度不同，氢、氧、氮等的含量差异很大，结构的差异也很大。

无定形碳与少量砂子和氧化铁催化剂混合，在约3500℃的电炉中加热，使产生的碳蒸气凝聚，可得人造石墨。

基本用途

炭黑：黑色粉末，一般用于黑色颜料、制作墨汁、油墨及做橡胶的耐磨增强剂等。

炭黑

焦炭

：浅灰色、多孔坚硬固体，一般用于冶炼金属以及生产水煤气。

木炭：灰黑色、多孔性固体，一般用于燃料、火药的制作，以及食品工业的吸附剂。

活性炭：黑色、多孔性颗粒或粉末，一般用于防毒面具中过滤空气，水的净化处理剂以及制糖的工业脱色剂。

早在15世纪就已知道属于无定形碳的木炭具有吸附性。19世纪在提纯白糖时就开始使用木炭。以后又对无定形碳进行很多处理，产生了一些种类。

由煤干馏、木材干馏、烃热分解或不完全燃烧而得。用作吸附剂、催化剂、填料、火药原料，以及用于冶金等。

无定形碳跟少量砂子、氧化铁催化剂混合，在约3500℃中加热，使产生的碳蒸气凝聚，可得人造石墨。

碳黑可用于制造油墨、油漆、墨汁等；木炭可作燃料或还原剂，用于冶炼金属；活性炭可作电冰箱的除臭剂、净水过滤器、防毒面具的滤毒罐、脱色剂等。它还有吸附能力，把气体或溶液中的有色物质附在表面上，因而使其脱色。焦碳可用作燃料和炼铁的还原剂。

无定形碳涉及的面很广，日常生活和工农业生产中常用到无定形碳。

制取方法

木炭：由木材在隔绝空气的条件下加强热制得。

焦炭：由烟煤隔绝空气加强热制得。

炭黑：由天然气高温分解制得。

无定形碳相关的文章

菊目（被子植物门双子叶植物纲下的目）

菊目，拉丁学名Asterales，为显花植物的一目，仅菊科一科，是显花植物最大的科。分部广布全世界，热带较少，草本，半灌木或灌木，稀乔木，有乳汁管和树脂道，最显著特点是头状花序，多为一至多年生草本，生长于温带和亚热带的向阳处，分布范围从北极到南极，从海岸到树木线以上的高山。

纤维素（葡萄糖组成的大分子多糖）

纤维素（Cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖，从结构上看它是由多个葡萄糖分子以β-1,4糖苷键连接组成的，其分子式为（C6H10O5)n。其不溶于水及一般有机溶剂。纤维素是一种白色、无味、无臭的固体，通常呈纤维状或粒状。纤维素的密度约为1.27-1.61 g/cm，熔点在260-270℃。

梅尼埃病（一种特发性耳源性眩晕疾病）

梅尼埃病（英文：Ménière Disease，简称MD）又称美尼尔氏病、美尼尔综合征等，简称MD，是一种特发性内耳疾病。其特征是在晕眩发作前、发作期间或发作后，受累耳出现低频至中频传导性听力下降，并伴有波动性听觉症状（听力下降、耳鸣或耳部胀满感）。

周念通（金庸小说中的人物）

周念通，男，是金庸小说《射雕英雄传》及《神雕侠侣》中的人物，周伯通和瑛姑的儿子。

伊斯梅利亚（埃及伊斯梅利亚省的省会）

伊斯梅利亚市（阿拉伯语：مدية الإسماعيلية‎）是阿拉伯埃及共和国伊斯梅利亚省的省会和最大城市，位于埃及东北部，全市总面积约1442平方公里，人口约47万（包括郊区）。它位于苏伊士运河西岸，大约在其北面的塞得港和其南面的苏伊士两座城市中间。运河在该市境内加宽，与提姆萨赫湖相连，再往南则与