碳（炭黑）详细说明

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欢迎访问e展厅 展厅 3 橡胶/轮胎展厅 天然橡胶, 橡胶颗粒, 硫化硅橡胶, 硅胶, 热塑性弹性体, ... 从微观到宏观 碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。 碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。 碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同，各有各的外观、密度、熔点等。 常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。 化学符号：C，元素原子量：12.01，质子数：６，原子序数：６，周期：２，族：ＩＶＡ，电子层分布：２－４ ，原子体积: 4.58立方厘米/摩尔，原子半径（计算值）：70（67）pm，共价半径：77 pm，范德华半径： 170 pm ，电子构型 ：1s22s22p2，电子在每能级的排布： 2，4，氧化价（氧化物）： 4，3，2（弱酸性），颜色和外表：黑色（石墨）， 无色（金刚石），物质状态 ：固态，物理属性： 反磁性，熔点：约为3550 ℃（金刚石），沸点：约为4827 ℃（升华），摩尔体积 ：5.29×10-6m3/mol，元素在太阳中的含量：(ppm) 3000，元素在海水中的含量：(ppm) 太平洋表面 23，元素在地壳中含量：（ppm）4800，莫氏硬度：石墨1-2 ，金刚石 10，氧化态： 主要为-4,，C+2， C+4 （还有其他氧化态），化学键能： (kJ /mol) C-H 411 C-C 348 C=C 614 C≡C 839 C=N 615 C≡N 891 C=O 745 C≡O 1074 ，晶胞参数： a = 246.4 pm b = 246.4 pm c = 671.1 pm α = 90° β = 90° γ = 120°，电离能：(kJ/ mol) M - M+ 1086.2 M+ - M2+ 2352 M2+ - M3+ 4620 M3+ - M4+ 6222 M4+ - M5+ 37827 M5+ - M6+ 47270，单质密度：3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨，20 ℃)，电负性：2.55（鲍林标度），比热：710 J/(kg·K) ，电导率：0.061×10-6/(米欧姆) 热导率：129 W/(m·K) 第一电离能 1086.5 kJ/mol 第二电离能 2352.6 kJ/mol 第三电离能 4620.5 kJ/mol 第四电离能 6222.7 kJ/mol 第五电离能 37831 kJ/mol 第六电离能 47277.0 kJ/mol 成键：碳原子一般是四价的，这就需要4个单电子，但是其基态只有2个单电子，所以成键时总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化，4个价电子被充分利用，平均分布在4个轨道里，属于等性杂化。这种结构完全对称，成键以后是稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于此类。 根据需要，碳原子也可以进行sp2或sp杂化。这两种方式出现在成重键的情况下，未经杂化的p轨道垂直于杂化轨道，与邻原子的p轨道成π键。烯烃中与双键相连的碳原子为sp 2杂化。 由于sp2杂化可以使原子共面，当出现多个双键时，垂直于分子平面的所有p轨道就有可能互相重叠形成共轭体系。苯是最典型的共轭体系，它已经失去了双键的一些性质。石墨中所有的碳原子都处于一个大的共轭体系中，每一个片层有一个。 炭黑是由烃类物质，经不完全燃烧而制得的具有高度分散性的黑色粉状物质；它的主要是由碳元素组成，其微晶具有准石墨结构，且呈同心取向，其粒子由近乎球形或其他不规则形状的聚熔体构成。 本篇以N330为例介绍炭黑。 (N330属于高耐磨炉黑，英文名称：High abrasion fumace black，英文简写：HAF。粒径26-30纳米，吸油值82g/kg，吸碘10210-5m3/kg，水分：<0.2%，灰分：<0.25%，二苯胍吸着率：4.0-7.5%，PH值6-8，100目筛余物：0.02%。杂质：无，抗张强度270kg/cm2，伸长率：500%，300%定伸应力120-155，磨耗0.3。) 基本最小构架：由六个碳原子组成一个正六角型结构，其他碳原子又以这个六边形为一个边构成六边形，每个碳原子间距0.142nm，有多个六边形碳结构组成一层。 炭黑微晶：多层基本最小构架叠在一起，形成一个微晶，其中两层平面间距0.344nm。每个微晶层数为3-5层，单个微晶碳原子数量：375个。炭黑微晶高度1.17nm，宽度1.6，长度2.0nm。另外炭黑也不全是微晶构成，其中无序碳占15%，平行层占83%，单层占2%，微晶层数，3层占0.7，4层0.3。 炭黑基本结构：大量微晶围绕一个核心一层层向外排列。形成一个像树的年轮一样的结构。但炭黑的结构到这里还没有说完。炭黑的核心不止一个，而是由数个或数十个核心，炭黑微晶就是围绕着这些核心一圈一圈的向外排列。另外需要指出的是，这些炭黑层在最外层表现的较为有序，但在内部则显得比较混乱。 炭黑的基本单元：聚集体就是炭黑的基本结构，也是炭黑运用的最基本单元。 炭黑聚集体的尺寸平均长约160nm，宽45nm，由数十个碳黑粒子熔聚而成。聚集体的外比表面积就是他的吸碘值，复杂程度就是结构高低。 炭黑聚集体的形状多样，其中球形占8.6%，椭球型：37.6%，纤维型占53.6%。 炭黑组成：碳元素97.96%，氢元素0.3%，氧元素0.83%，硫元素0.5%，灰分0.32%。 炭黑中灰分组成：原料油中灰分，设备腐蚀，急冷水中所含的盐分和固体残渣。 筛余物组成：硬碳70-80%，硬碳描述，片状，碎石油焦和球形。硬碳的形成是油枪喷雾过程中没有雾化的油滴形成。 炭黑比重：1.86。表面积：电子显微镜：83，CTAB法：81，干炭黑反射率法73，反射率50.6%，低温氮吸附法79，吸碘82。挥发份组成：含氧复合物（CxOy），主要是炭黑表面官能团，在400-1600度脱出氢，一氧化碳，二氧化碳，水。含氧基团包括，羧基，酚基，醌基，内脂基。 炭黑视比重，粒状1.359，粉状1.455。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/24/2010)