amorphous carbon
无定形碳的共同特点是:
(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微晶,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。
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 |
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。