termín

• alotropyrůzné formy chemického prvku.

Allotropy je vlastnost některých chemických prvků existují ve dvou nebo více různých forem, nebo nanostruktur, když našel v přírodě. Existuje několik alotropů uhlíku.

Diamant

Diamant je pravděpodobně nejvíce dobře známý allotrope uhlíku. Atomy uhlíku jsou uspořádány v mřížce, což je variace kubické krystalové struktury zaměřené na obličej. Má superlativní fyzikální vlastnosti, z nichž většina pochází ze silné kovalentní vazby mezi jeho atomy. Každý atom uhlíku v diamantu je kovalentně vázán na čtyři další uhlíky v čtyřstěnu. Tyto čtyřstěny společně tvoří trojrozměrnou síť šestičlenných uhlíkových prstenců v konformaci židle, umožňující nulové napětí v úhlu vazby. Tato stabilní síť kovalentních vazeb a šestihranných kroužků je důvodem, proč je diamant tak neuvěřitelně silný jako látka.

výsledkem je, že diamant vykazuje nejvyšší tvrdost a tepelnou vodivost jakéhokoli sypkého materiálu. Kromě toho jeho tuhá mřížka zabraňuje kontaminaci mnoha prvky. Povrch diamantu je lipofilní a hydrofobní, což znamená, že se nemůže namočit vodou, ale může být v oleji. Diamanty obecně nereagují s žádnými chemickými činidly, včetně silných kyselin a Zásad. Použití diamantu zahrnuje řezání, vrtání a broušení; šperky; a v polovodičovém průmyslu.

Grafit

Grafit je další allotrope uhlíku; na rozdíl od diamantu, je elektrický vodič a semi-metal. Grafit je nejstabilnější formou uhlíku za standardních podmínek a používá se v termochemii jako standardní stav pro definování tepla tvorby sloučenin uhlíku. Existují tři typy přírodního grafitu:

1. Krystalický vločka grafit: izolované, plochá, deska-jako částice s hexagonální hrany
2. Amorfní grafit: jemné částice, výsledek tepelné metamorfózy uhlí; někdy se nazývá meta-antracit
3. Jednorázové nebo žíly grafit: trhlina vyskytuje v žilách nebo zlomeniny, se jeví jako porosty vláknitých nebo jehlicovité krystalické agregáty

Grafit má vrstevnatou, planární struktury. V každé vrstvě jsou atomy uhlíku uspořádány v hexagonální mřížce se separací 0,142 nm a vzdálenost mezi rovinami (vrstvami) je 0,335 nm. Dvě známé formy grafitu, alfa (hexagonální) a beta (rhombohedrálních), mají velmi podobné fyzikální vlastnosti (kromě toho, že se vrstvy navršují trochu jinak). Šestihranný grafit může být buď plochý nebo podlomený. Alfa forma může být převeden na beta podobě prostřednictvím mechanického zpracování, a beta podobě vrátí ve formě alfa, když se zahřeje nad 1300 °C. Grafit může vést elektřinu vzhledem k obrovské elektron přemístění výroby do uhlíkových vrstev, jako jsou elektrony volně pohybovat, elektřiny pohybuje v rovině vrstvy. Grafit má také samomazné a suché mazací vlastnosti. Grafit má použití v protetické krev-obsahující materiály a tepelně odolné materiály, protože může odolat teplotám až 3000 °C.

jedna vrstva grafitu je tzv. grafenu. Tento materiál vykazuje mimořádné elektrické, tepelné a fyzikální vlastnosti. Jedná se o allotrope uhlíku, jehož struktura je jediný rovinný list SP2 vázaných atomů uhlíku, které jsou hustě zabaleny ve voštinové krystalové mřížce. Délka vazby uhlík-uhlík v grafenu je ~0.142 nm, a tyto listy se stohují za vzniku grafitu s meziplanárním rozestupem 0,335 nm. Grafen je základním konstrukčním prvkem uhlíkových alotropů, jako je grafit, uhlí, uhlíkové nanotrubice a fullereny. Grafen je polokovový nebo polovodič s nulovou mezerou, který mu umožňuje zobrazovat vysokou pohyblivost elektronů při pokojové teplotě. Grafen je vzrušující nová třída materiálu, jehož jedinečné vlastnosti z něj činí předmět probíhajícího výzkumu v mnoha laboratořích.

amorfní uhlík

amorfní uhlík označuje uhlík, který nemá krystalickou strukturu. I když lze vyrobit amorfní uhlík, stále existují některé mikroskopické krystaly uhlíku podobného grafitu nebo diamantu. Vlastnosti amorfního uhlíku závisí na poměru hybridizovaných vazeb SP2 k sp3 přítomných v materiálu. Grafit sestává čistě z hybridizovaných vazeb sp2, zatímco diamant sestává čistě z hybridizovaných vazeb sp3. Materiály, které jsou vysoko v sp3 hybridizaci dluhopisy jsou označovány jako tetraedrický amorfní uhlík (vzhledem k tetraedrický tvar vytvořený sp3 hybridizaci dluhopisy), nebo diamond-like carbon (vzhledem k podobnosti mnoha jeho fyzikálních vlastností pro ty, diamond).

Fullereny a Nanotrubice

Uhlíkové nanomateriály tvoří další třídu uhlíkových nanostruktur. Fullereny (také nazývané buckyballs) jsou molekuly různých velikostí složené výhradně z uhlíku, které mají formu dutých koulí, elipsoidů nebo trubek. Buckyballs a buckytubes byly předmětem intenzivního výzkumu, a to jak kvůli jejich jedinečné chemii, tak pro jejich technologické aplikace, zejména ve vědě o materiálech, Elektronika, a nanotechnologie. Uhlíkové nanotrubice jsou válcové molekuly uhlíku, které vykazují mimořádnou pevnost a jedinečné elektrické vlastnosti a jsou účinnými vodiči tepla. Oxid nanobuds jsou nově objevené nanostruktur, v němž fulleren-like „buňky“ jsou kovalentně připojeny k vnější straně stěny uhlíkové nanotrubičky. Nanobudy proto vykazují vlastnosti jak nanotrubic, tak fullerenů.

Skelný Uhlík

Skelný nebo skelný uhlík je třída oxidu široce používán jako elektrodový materiál v elektrochemii, stejně jako v protetické zařízení a high-teplota kelímky. Jeho nejdůležitější vlastnosti jsou vysoká teplotní odolnost, tvrdost, nízká hustota, nízký elektrický odpor, nízké tření, nízkou tepelnou odolností, extrémní odolnost proti chemickému útoku, a nepropustnost pro plyny a kapaliny.

Další Nanostruktur

Další allotropes uhlíku patří carbon nanofoam, což je low-density clusteru montáž uhlíkových atomů navlečené dohromady ve volné tří-dimenzionální webu; čistá atomová a dvouatomová molekula uhlíku; a lineární acetylenic uhlíku, což je jednorozměrné uhlíku polymeru se strukturou -(C:::C)n-.