Term

• allotropokegy kémiai elem különböző formái.

az allotrópia egyes kémiai elemek tulajdonsága, hogy két vagy több különböző formában, vagy allotrópban létezik, ha a természetben megtalálható. Számos allotróp szén van.

Diamond

Diamond valószínűleg a legismertebb szén allotróp. A szénatomok egy rácsban vannak elrendezve, amely az arcközpontú köbös kristályszerkezet változata. Szuperlatív fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek többsége az atomjai közötti erős kovalens kötésből származik. A gyémánt minden szénatomja kovalensen kötődik négy másik karbonhoz egy tetraéderben. Ezek a tetraéderek együtt alkotnak egy háromdimenziós hálózat hat tagú szén gyűrűk a szék konformáció, amely lehetővé teszi a nulla kötés-szög törzs. Ez a kovalens kötések és hatszögletű gyűrűk stabil hálózata az oka annak, hogy a gyémánt olyan hihetetlenül erős, mint egy anyag.

ennek eredményeként a gyémánt minden ömlesztett anyag legnagyobb keménységét és hővezetőképességét mutatja. Ezenkívül merev rácsa megakadályozza a sok elem szennyeződését. A gyémánt felülete lipofillikus és hidrofób, ami azt jelenti, hogy vízzel nem lehet nedvesíteni, de olajban is lehet. A gyémántok általában nem reagálnak semmilyen kémiai reagensre, beleértve az erős savakat és bázisokat. A gyémánt felhasználása magában foglalja a vágást, fúrást és csiszolást; ékszerek; valamint a félvezető iparban.

grafit

a grafit a szén másik allotrópja; a gyémánttól eltérően elektromos vezető és félfém. A grafit a szén legstabilabb formája szabványos körülmények között, amelyet a termokémiában használnak a szénvegyületek képződésének hőjének meghatározására. A természetes grafit három típusa létezik:

1. kristályos pehely grafit: izolált, lapos, lemezszerű részecskék hatszögletű élekkel
2. amorf grafit: finom részecskék, a szén termikus metamorfizmusának eredménye; néha meta-antracit
3. csomó vagy véna grafit: hasadóvénákban vagy törésekben fordul elő, rostos vagy acikuláris kristályos aggregátumok növekedéseként jelenik meg

a grafit réteges, sík szerkezetű. Minden rétegben a szénatomok hatszögletű rácsban vannak elrendezve, 0,142 nm elválasztással, a síkok (rétegek) közötti távolság pedig 0,335 nm. A grafit két ismert formája, az alfa (hatszögletű) és a béta (rombohedrális) nagyon hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek (kivéve, hogy a rétegek kissé eltérő módon kötődnek össze). A hatszögletű grafit lehet lapos vagy Csatos. Az alfa forma mechanikus kezelés révén átalakítható béta formává, a béta forma pedig visszatér az alfa formába, amikor 1300 °C fölé melegítik.a grafit villamos energiát képes vezetni a szénrétegeken belüli hatalmas elektron delokalizáció miatt; mivel az elektronok szabadon mozoghatnak, a villamos energia a rétegek síkján mozog. A grafit önkenő és száraz kenő tulajdonságokkal is rendelkezik. A grafit a protézist tartalmazó anyagokban és a hőálló anyagokban is alkalmazható, mivel képes ellenállni a 3000 °C-ig terjedő hőmérsékletnek.

egy grafitréteget grafénnek neveznek. Ez az anyag rendkívüli elektromos, termikus és fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ez egy allotróp szén, amelynek szerkezete egyetlen sík lap sp2 ragasztott szénatomok, amelyek sűrűn csomagolva egy méhsejt kristályrács. A szén-szén kötés hossza grafén ~0.142 nm, és ezek a lapok 0,335 nm-es interplanáris távolsággal grafitot alkotnak. A grafén a szén-allotrópok alapvető szerkezeti eleme, mint például a grafit, a szén, a szén nanocsövek és a fullerének. A grafén egy félfém vagy nulla rés félvezető, amely lehetővé teszi, hogy szobahőmérsékleten nagy elektronmobilitást jelenítsen meg. A grafén egy izgalmas új anyagosztály, amelynek egyedi tulajdonságai számos laboratóriumban folyamatban lévő kutatás tárgyát képezik.

amorf szén

az amorf szén olyan szénre utal, amelynek nincs kristályszerkezete. Annak ellenére, hogy amorf szén lehet gyártani, még mindig létezik néhány mikroszkopikus kristályok grafit-szerű vagy gyémánt-szerű szén. Az amorf szén tulajdonságai az anyagban jelen lévő SP2 és sp3 hibridizált kötések arányától függenek. A grafit tisztán sp2 hibridizált kötésekből áll, míg a gyémánt tisztán sp3 hibridizált kötésekből áll. Az SP3 hibridizált kötésekben magas anyagokat tetraéderes amorf szénnek (az sp3 hibridizált kötések által alkotott tetraéderes alak miatt) vagy gyémántszerű szénnek (sok fizikai tulajdonságának a gyémánthoz való hasonlósága miatt) nevezik.

fullerének és nanocsövek

a szén nanoanyagok a szén allotropok egy másik osztályát alkotják. A fullerének (más néven buckyballs) különböző méretű molekulák, amelyek teljes egészében szénből állnak, amelyek üreges gömbök, ellipszoidok vagy csövek formájában jelentkeznek. Buckyballs és buckytubes már tárgya intenzív kutatás, mind azért, mert az egyedi kémia és a technológiai alkalmazások, különösen az anyagtudomány, elektronika, nanotechnológia. A szén nanocsövek hengeres szénmolekulák, amelyek rendkívüli szilárdsággal és egyedi elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek, és hatékony hővezetők. A szén nanobudok újonnan felfedezett allotropok, amelyekben a fullerénszerű “rügyek” kovalensen kapcsolódnak a szén nanocső külső oldalfalához. A nanobudok ezért mind a nanocsövek, mind a fullerének tulajdonságait mutatják.

üveges szén

üveges vagy üveges szén egy osztály a szén széles körben használják, mint egy elektróda anyag elektrokémia, valamint a protézis eszközök és a magas hőmérsékletű tégelyek. Legfontosabb tulajdonságai a magas hőállóság, keménység, alacsony sűrűség, alacsony elektromos ellenállás, alacsony súrlódás, alacsony hőállóság, a kémiai támadásokkal szembeni szélsőséges ellenállás, valamint a gázokkal és folyadékokkal szembeni áthatolhatatlanság.

Egyéb allotropok

a szén egyéb allotrópjai közé tartozik a szén nanofoám, amely egy laza háromdimenziós hálóban összekapcsolt szénatomok kis sűrűségű klaszter-összeállítása; tiszta atomos és diatómikus szén; és lineáris acetilénszén, amely egydimenziós szénpolimer, amelynek szerkezete van- (C:: C) n-.