Term

• allotroperolika former av ett kemiskt element.

allotropi är egenskapen hos vissa kemiska element att existera i två eller flera olika former, eller allotroper, när de finns i naturen. Det finns flera allotroper av kol.

diamant

diamant är förmodligen den mest kända kolallotropen. Kolatomerna är anordnade i ett gitter, vilket är en variation av den ansiktscentrerade kubiska kristallstrukturen. Den har superlativa fysiska egenskaper, varav de flesta härrör från den starka kovalenta bindningen mellan dess atomer. Varje kolatom i en diamant är kovalent bunden till fyra andra kol i en tetraeder. Dessa tetraeder bildar tillsammans ett tredimensionellt nätverk av sexledade kolringar i stolskonformationen, vilket möjliggör nollbindningsvinkelstam. Detta stabila nätverk av kovalenta bindningar och sexkantiga ringar är anledningen till att diamant är så otroligt stark som ett ämne.

som ett resultat uppvisar diamant Den högsta hårdheten och värmeledningsförmågan hos något bulkmaterial. Dessutom förhindrar dess styva gitter förorening av många element. Diamantens yta är lipofillisk och hydrofob, vilket innebär att den inte kan bli våt av vatten utan kan vara i olja. Diamanter reagerar i allmänhet inte med några kemiska reagenser, inklusive starka syror och baser. Användning av diamant inkluderar skärning, borrning och slipning; smycken; och i halvledarindustrin.

grafit

grafit är en annan allotrop av kol; till skillnad från diamant är det en elektrisk ledare och en halvmetall. Grafit är den mest stabila formen av kol under standardbetingelser och används i termokemi som standardtillstånd för att definiera värmen för bildning av kolföreningar. Det finns tre typer av naturlig grafit:

1. kristallin flake grafit: isolerade, platta, plattliknande partiklar med sexkantiga kanter
2. amorf grafit: fina partiklar, resultatet av termisk metamorfism av kol; ibland kallad meta-antracit
3. klump-eller vengrafit: förekommer i fissurvener eller frakturer, framträder som tillväxt av fibrösa eller acikulära kristallina aggregat

grafit har en skiktad, plan struktur. I varje skikt är kolatomerna anordnade i en sexkantig gitter med separation av 0,142 nm och avståndet mellan plan (skikt) är 0,335 nm. De två kända formerna av grafit, alfa (hexagonal) och beta (rhombohedral), har mycket liknande fysikaliska egenskaper (förutom att skikten staplar något annorlunda). Den sexkantiga grafiten kan vara antingen platt eller bucklad. Alfaformen kan omvandlas till betaformen genom mekanisk behandling, och betaformen återgår till alfaformen när den upphettas över 1300 C. grafit kan leda elektricitet på grund av den stora elektronavlokaliseringen inom kolskikten; eftersom elektronerna är fria att röra sig, rör sig elektricitet genom lagrets plan. Grafit har också självsmörjande och torra smörjegenskaper. Grafit har applikationer i protetiska blodinnehållande material och värmebeständiga material eftersom det kan motstå temperaturer upp till 3000 C.

ett enda lager av grafit kallas grafen. Detta material visar extraordinära elektriska, termiska och fysikaliska egenskaper. Det är en allotrope av kol vars struktur är ett enda plant ark av sp2-bundna kolatomer som är tätt packade i en bikakekristallgitter. Kol-kolbindningslängden i grafen är ~0.142 nm, och dessa ark staplas för att bilda grafit med ett interplanärt avstånd på 0,335 nm. Grafen är det grundläggande strukturella elementet i kol allotropes såsom grafit, kol, kolnanorör och fullerener. Grafen är en halvmetall eller nollgaphalvledare, vilket gör det möjligt att visa hög elektronmobilitet vid rumstemperatur. Grafen är en spännande ny klass av material vars unika egenskaper gör det föremål för pågående forskning i många laboratorier.

amorft kol

amorft kol avser kol som inte har en kristallin struktur. Även om amorft kol kan tillverkas finns det fortfarande några mikroskopiska kristaller av grafitliknande eller diamantliknande kol. Egenskaperna hos amorft kol beror på förhållandet mellan SP2 och sp3 hybridiserade bindningar närvarande i materialet. Grafit består rent av sp2 hybridiserade bindningar, medan diamant består rent av SP3 hybridiserade bindningar. Material som är höga i SP3 hybridiserade bindningar kallas tetraedrisk amorf kol (på grund av den tetraedriska formen bildad av sp3 hybridiserade bindningar) eller diamantliknande kol (på grund av likheten mellan många av dess fysikaliska egenskaper och diamantens).

fullerener och nanorör

kolnanomaterial utgör en annan klass av kol allotroper. Fullerener (även kallade buckyballs) är molekyler av olika storlekar som helt består av kol som tar formen av ihåliga sfärer, ellipsoider eller rör. Buckyballs och buckytubes har varit föremål för intensiv forskning, både på grund av deras unika Kemi och för deras tekniska tillämpningar, särskilt inom materialvetenskap, elektronik och nanoteknik. Kolnanorör är cylindriska kolmolekyler som uppvisar extraordinär styrka och unika elektriska egenskaper och är effektiva ledare av värme. Kolnanobuds är nyupptäckta allotroper i vilka fullerenliknande” knoppar ” är kovalent fästa vid de yttre sidoväggarna i en kolnanorör. Nanobuds uppvisar därför egenskaper hos både nanorör och fullerener.

glasartat kol

glasartat eller glaskropp är en klass av kol som ofta används som elektrodmaterial i elektrokemi såväl som i protetiska anordningar och högtemperaturdeglar. Dess viktigaste egenskaper är hög temperaturbeständighet, hårdhet, låg densitet, låg elektrisk resistans, låg friktion, låg värmebeständighet, extrem motståndskraft mot kemisk attack och ogenomtränglighet för gaser och vätskor.

andra allotroper

andra allotroper av kol inkluderar kolnanofoam, som är en klusterenhet med låg densitet av kolatomer uppträdda tillsammans i en lös tredimensionell bana; rent atomärt och diatomiskt kol; och linjärt acetyleniskt kol, vilket är en endimensionell kolpolymer med strukturen-(C:::c)n -.