Из чего делают карбон: Преимущество карбона перед другими материалами

Содержание

Карбоновое волокно

С середины прошлого века многие страны проводили эксперименты с получением карболового волокна. В первую очередь в этом материале были заинтересованы, конечно, военные. В свободную продажу карбон поступил только в 1967 году. Первой фирмой, занявшейся реализацией нового материала, стала британская фирма Morganite Ltd. При этом продажа углеволокна, как стратегического товара, была строго регламентирована.

Достоинства и недостатки

Наиболее важное достоинство углеволокна – это высочайшее отношение прочности к весу. Модуль упругости лучших «сортов» углеволокна может превышать 700 ГПа (а это нагрузка 70 тонн на квадратный миллиметр!), а разрывная нагрузка может достигать 5 ГПа. При этом карбон на 40% легче стали и на 20% легче алюминия.

Среди недостатков карбонового волокна: длительное время изготовления, высокая стоимость материала и сложность в восстановлении поврежденных деталей. Еще один недостаток: при контакте с металлами в соленой воде углепластик вызывает сильнейшую коррозию и подобные контакты следует исключать. Именно по этой причине карбон так долго не мог войти в мир водного спорта (недавно этот недостаток научились обходить).

Другое важное свойство карбона – низкая способность к деформации и небольшая упругость. При нагрузке карбон разрушается без пластической деформации. Это означает, что карбоновый монокок будет защищать гонщика от сильнейших ударов. Но если не выдержит – то не погнется, а сломается. Причем разлетится на острые куски.

Получение карбонового волокна

На сегодняшний день существуют несколько способов получения углеволокна. Основные: химическая осадка углерода на филамент (носитель), выращивание волоконноподобных кристалов в световой дуге, и построение органических волокон в специальном реакторе – автоклаве. Последний способ получил наибольшее распространение, но и он довольно дорог и может применяться только в промышленных условиях. Сначала нужно получить нити углерода. Для этого берут волокна материала с названием полиакрилонитрил (он же PAN), нагревают их нагреваются до 260°С и окисляют. Полученный полуфабрикат нагревается в инертном газе. Долговременное нагревание при температурах от нескольких десятков до нескольких тысяч градусов Цельсия приводит к процессу так называемого пиролиза – с материала убывают летучие составляющие, частицы волокон образуют новые связи. При этом происходит обугливание материала – «карбонизация» и отторжение неуглеродный соединений. Завершающий этап производства углеволокна включает в себя переплетение волокон в пластины и добавление эпоксидной смолы. В результате получаются листы черного углеволокна. Они имеют хорошую упругость и большую нагрузку на разрыв. Чем больше проводит времени материал в автоклаве, и чем больше температура, тем более качественный получается карбон. При изготовлении космического углеволокна температура может достигать 3500 градусов! Самые прочное сорта проходят дополнительно еще несколько ступеней графитирования в инертном газе. Весь этот процесс очень энергоемкий и сложный, потому карбон заметно дороже стеклопластика. Осуществить процесс дома не пытайся, даже если у тебя есть автоклав – в технологии множество хитростей…

Карбон в автомире

Появление карбона не могло не заинтересовать конструкторов гоночных автомобилей. К моменту появления углеволокна на трассах F1, почти все монококи делались из алюминия. Но у алюминия были недостатки, в числе которых его недостаточная прочность при больших нагрузках. Увеличение прочности требовало увеличения размеров монокока, а следовательно и его массы. Купить карбоновое волокно оказалось великолепной альтернативой алюминию.

Первым автомобилем, шасси которого было выполнено из углеволокна, стал McLaren МР4. Путь карбона в автоспорте был тернист и заслуживает отдельного рассказа. На сегодняшний день карбоновый монокок имеют абсолютно все болиды Формулы-1, а так же практически все «младшие» формулы, ну и большинство суперкаров, естественно. Напомним, монокок – это несущая часть конструкции болида, к нему крепятся двигатель и коробка, подвеска, детали оперения, сидение гонщика. Одновременно он играет роль капсулы безопасности.

Тюнинг

Когда мы говорим «карбоновое волокно», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-каров. Однако сейчас нет кузовной детали, которая не могла бы быть сделана из карбона – не только капоты, но и крылья, бампера, двери и крыши… Факт экономии веса очевиден. Средний выигрыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих главным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят безумно стильно!

Карбон появился и в салоне. На крышках тумблеров из углеволокна много не сэкономишь, но эстетика – вне сомнений. Салонами с элементами карбона не брезгуют ни Ferrari, не Bentley.

Но карбоновое волокно это не только материал дорогого стайлинга. Например, он прочно прописался в сцеплении автомобилей; причем из углеволокна делают и фрикционные накладки, и сам диск сцепления. Карбоновая «сцепа» имеет высокий коэффициент трения, мало весит, и в три раза сильнее сопротивляются износу, чем обычная «органика».

Другой областью применения карбона стали тормоза. Невероятные характеристики тормозов современной F1 обеспечивают диски из карбона, способные работать при высочайших температурах. Они выдерживают до 800 циклов нагрева за гонку. Каждый из них весит менее килограмма, тогда как стальной аналог как минимум в три раза тяжелее. На обычную машину карбоновые тормоза пока не купить, но на суперкарах подобные решения уже попадаются.

Другой часто используемый тюнинг-девайс – прочный и легкий карбоновый карданный вал. А еще недавно прошел слух, что Ferrari F1 собирается установить на свои машины карбоновые коробки передач…

Наконец, карбон обширно применяется в гоночной одежде. Карбоновые шлемы, ботинки с карбоновыми вставками, перчатки, костюмы, защита спины и.т.д. Такой «экип» не только лучше смотрится, но и повышает безопасность и снижает вес (очень важно для шлема). Особой популярностью карбон пользуется у мотоциклистов. Самые продвинутые байкеры одевают себя в карбон с ног до головы, остальные тихо завидуют и копят деньги.

Новая религия

Незаметно и тихо подкралась новая карбоновая эпоха. Карбон стал символом технологий, совершенства и нового времени. Его используют во всех технологичных областях – спорт, медицина, космос, оборонная промышленность. Но улеволокно проникает и в наш быт! Уже можно найти ручки, ножи, одежду, чашки, ноутбуки, даже карбоновые украшения… А знаешь, в чем причина популярности? Все просто: Формула 1 и космические корабли, снайперские винтовки последних образцов, монококи и детали суперкаров – чувствуешь связь? Все это лучшее в своей отрасли, предел возможностей современных технологий. И люди, покупая карбон, покупают частичку недосягаемого для большинства совершенства…

Факты:

в листе карбона толщиной 1 мм 3-4 слоя углеродных волокон

в 1971 году британская фирма Hardy Brothers первая в мире представила удилища для ловли рыбы из углеволокна

сегодня из карбона изготавливают высокопрочные канаты, сети для рыбодобывающих судов, гоночные паруса, двери кабины пилотов самолетов, пуленепробиваемые защитные армейские каски

для спортивной стрельбы из лука на длинные дистанции спортсмены-профессионалы обычно используются стрелы из алюминия и карбона.

На Essen Motor Show мы увидели у одного сотрудника стенда AutoArt чумовое карбоновое кольцо на пальце. На просьбу показать товар в своем бескрайнем каталоге он ответил, что это вообще-то просто карбоновая втулка, которую он снял со своего велосипеда…

Что такое «Карбон» | Dem Car Studio

Вы наверняка не раз слышали это слово — карбон. Сейчас карбон не является диковинкой и его можно увидеть на тюнингованных авто в элементах кузова(капот, обвес, спойлер и т.д.) или внутреннего дизайна салона автомобиля. Но не все знают из чего сделан карбон и какие у него плюсы и минусы, а так же как мастера выдают другой материал за карбон. В этой статье мы раскроем вам полностью тему «карбона».

Что представляет из себя карбон или углеволокно

Карбон(от лат. carbo, родительный падеж carbonis — уголь) — это композитный материал, который состоит из переплетенных под определенным углом между собой нитей углерода, полученные слои ткани соединяются между собой эпоксидными смолами.
Нити углерода, как основная часть карбона, являются очень устойчивыми к растяжению волокнами на одном уровне со сталью. Т.е. их очень сложно порвать или растянуть. Но минус их в том, что при сжатии они себя ведут не так хорошо как при растяжении и могут поломаться. Для решение этой проблемы в итоге и придумали переплетать их между собой под определенным углом, добавляя в них резиновые нити. Далее некоторое кол-во таких слоев ткани соединяются между собой эпоксидными смолами. В итоге получается тот самый материал — карбон.

Надеюсь этого будет достаточно, углубляться в технологию изготовления не будем. Хотя при большом желании и при возможности можно конечно самому попробовать его сделать, но я думаю мы оставим это дело специалистам.
На данный момент карбон используется в разных сферах деятельности человека. Карбон применяется конечно же в тюнинге, авто-мото спорте(как детали так и экипировка гонщика), в военных технологиях(оружие, спецформа и т.д.) даже в одежде и украшениях и с каждым днем сфера применения карбона увеличивается.

Положительные стороны или плюсы карбона

Основным плюсом или другими словами достоинством карбона являются его высокая прочность при небольшом весе. Карбон легче стали на 40% и легче алюминия на 20%, а по прочности не уступает большинству металлов! Именно из-за этого карбон стали использовать в деталях гоночных автомобилей, ведь для них такие характеристики актуальны. При снижении веса прочность остается той же! Еще один из плюсов – это конечно же внешний вид карбона. Он смотрится очень престижно и красиво.

Карбон в тюнинге

Вспоминая слово карбон, мы первым делом представляем себе карбоновые капоты автомобилей, в наше время это наверное является самой распространенной деталью авто, которую заменяют на карбоновую при тюнинге, примеры этого видел почти каждый житель города. Но изменением стандартного капота на карбоновый, не как не заканчивается, вы сами это прекрасно понимаете. Карбон применяется как во внешнем тюнинге, так и во внутреннем.

Из карбона делают капоты, бампера, спойлеры, обвесы, зеркала.

В внутреннем тюнинге, можно поменять ручку переключателя КПП, вставки на руле, элементы панели… Такое изменение прибавит вашему автомобилю индивидуальности и стиля, «элитные» марки авто стали применять в дизайне салона карбоновые элементы!

Покрытие настоящим 100% карбоном (carbon)

Иногда случаются неприятности, но не стоит из-за этого сильно переживать. Случилось небольшое повреждение карбоновой рамки воздуховода на Porsche Cayenne Была приобретена новая рамка, которую мы заламинировали (перетянули) заново настоящим карбоном.

Очень необычный и непривычный элемент стайлинга (тюнинга) я сейчас вам предложу — это двойной козырек на заднее стекло БМВ (BMW) X6 G06 и X6M F96. Если честно, то я вообще не припомню ни на одну машину такого тюнинга.

Сами по себе козырьки не новы, но двойные реально выглядят как будто перед вами космический корабль! Очень необычно и очень круто! Такой тюнинг лично мне по душе.

Достаточно часто к нам обращаются за ремонтом карбоновых спойлеров, но в основном с передних бамперов. Оно и понятно — мелкие камни, пескострую, бордюры при парковке… Но в этот раз нам нужно было отремонтировать диффузор заднего бампера — неудачная парковка была, видимо, или кто-то легонько въехал. Появилась трещина на карбоне, потертости и еще сломался крепеж (несколько защелок).

Произвели небольшой тюнинг БМВ Ф15 Х5 — покрыли настоящим карбоном крышки зеркал. Я уже писал статью о том, что такое настоящий карбон, думаю, что тем кто не знает — будет интересно почитать. Там же с фотками рассказываю о том, что такое кованный и мраморный карбон.

При всей относительно простой и прямой форме эти крышки зеркал имеют объем и нужно иметь опыт, чтоб уложит

Еще один БМВ Х6 Ф16 приехал к нам с небольшой на первый взгляд задачей — был немного поврежден спойлер M Performance переднего бампера. Это достаточно распространенный случай — спойлер устанавливается в самый низ бампера и по трассе в него прилетают небольшие камни и песок, а в городе им притираются о бордюры. Мы за этот год уже много таких спойлеров ремонтировали. При ближайшем р

Только ленивый сейчас не знает что такое настоящий карбон и насколько он круто живьем смотрится. Никаким аквапринтом, пленкой под карбон не добиться этого нереального 3D-эффекта. И я отлично понимаю тех людей, кто выбирает тюнинг своего автомобиля именно настоящим карбоном. Да, это стоит не копейки, но выглядит авто на миллион долларов. Достаточно часто делается карбоновый тюнинг на автомобили

Кроссоверы BMW X5 и X6 отлично смотрятся в М-пакете с комплектом дооснащения М-Перформанс, особенно в карбоне. Но есть основная проблема — губа (спойлер) переднего бампера находится снизу бампера и он активно пескоструется и принимает на себя удары мелких камней и притиры о бордюры. В итоге стильная деталь теряет внешний вид и выглядит очень неаккуратно. Можно, конечно же приобре

В предверьи мотосезона мотоциклисты стали готовить своих железных коней к лету и покатушкам. За время активной эксплуатации в прошлом сезоне карбон на этом мотоцикле был отпескоструен настолько, что начало уже повреждаться карбоновое волокно. Посмотрите в каком состоянии были карбоновые детали. Детали выглядят сильно потертыми, но это нормально при активной езде

Приехал к нам Крузак 105 с просьбой заламинировать настоящим карбоном пару деталей в салоне.

Очень мне нравится, когда владельцы «старичков» содержат свои машины в отличном состоянии, а если еще и тюнингуют их, то это моё безграничное уважение. Авто Тойота Ленд Крузер 105 — уже не молодой автомобиль, но этот — просто в прекрасном состоянии и мы когда-то (несколько лет назад) перетягива

Приехала к нам очередная машинка у которой был повреждена карбоновая накладка на передний бампер, а точнее карбоновый сплитер — это самая нижняя часть бампера, так называемая «губа». Для ремонта карбона нужен опыт и аккуратность, мы обладаем и тем и другим. После ремонта сложно понять где производился ремонт и мы, если честно, очень довольны тем, что умеем так ремонтировать к

Мы недавно уже ремонтировали карбоновую накладку M Performance на BMW X5 F15, только на задний бампер, теперь к нам приехала такая же машинка, только на ремонт передней губы М Перформанс.

Передняя накладка на бампер — это наиболее повреждаемая часть обвеса у автомобилей — она находится снизу, туда прилетает большое количество камней и при парковке именно она больше всего страдает от бордюров ил

Настоящий карбон (не пленка и не аквапринт) отлично смотрятся в отделке интерьера и экстерьера и если в салоне повредить карбон достаточно сложно, то карбоновые детали, которые находятся на кузове (особенно на бамперах) регулярно поступают к нам в ремонт. Ремонт карбона — дело достаточно сложное и требует опыта. Если деталь повреждена не сильно и не задето само карбоновое волокно, то ремонт отн

Наконец-то начали появляться обвесы на новый БМВ (BMW) X6 в кузове G06. Машинка немаленькая, с мощной кормой (которая лично мне не очень нравится в заводском ее виде). Аэродинамический обвес Ларте прежде всего запоминается и выделяется своим дизайном задней части авто.

Прежде всего — это сдвоенные вертикальные насадки глушителя!!! Смотрятся просто улётно! Конструкцию и дизайн разрабатывали в Ге

Очень интересный и стильный обвес, который называется Falcon появился на БМВ Х6 в крайнем кузове с заводским индексом G06. Интересен он прежде всего тем, что изготовлен полностью из настоящего карбона. Если вам не нравится карбон (не поверите, бывают и такие люди), то обвес можно покрасить в цвет кузова частично или полностью. Обвес имеет идеальную геометрию и ставится на автомобиль без какой-л

Карбоновые детали просто великолепно смотрятся на автомобиле, но ремонт карбоновых деталей — дело сложное и очень немногие берутся за это. Мы давно работаем с карбоном, и ламинируем им детали и ремонтируем карбон давно и успешно. Речь, конечно же, идет не о пленке под карбон и не о аквапринте — речь идет о настоящем 100% карбоне.

Вот этот новенький авто — BMW G20 имеет карбоновый обве

BMW вступает в эру автомобилей из карбона — журнал За рулем

Недавно разработанный технологический процесс означает, что BMW начинает массово использовать углепластики в серийных моделях.

BMW разработала новые методы обработки и производства углепластика, которые делают этот дорогой материал пригодным для использования в массовом производстве автомобилей. Обкатав технологию на модели BMW i3, немецкий производитель намерен поставить углеродное волокно на более видное место в будущих моделях. По мнению инженеров компании, это повысит безопасность автомобилей за счет более жесткой структуры и меньшего веса.

Новый BMW i3 станет первым серийным автомобилем марки, в конструкции кузова которого широко представлены элементы из углеродного волокна. Ранее карбон был слишком трудоемким в изготовлении, дорогостоящим и непростым в применении, что делало нерентабельным его использование в серийных авто.

В BMW утверждают, что за десять лет исследований им удалось получить необходимые знания и технологию, которая позволила сократить затраты на производство карбона настолько, чтобы позволить изготавливать из него кузовные панели для серийных авто: «По сравнению с начальным этапом, когда мы делали из карбона крышу модели М3, мы добились успеха в снижении производственных затрат на производство карбоновых компонентов кузова на целых 50%», — заявил в интервью британскому Autocar член правления BMW Group Харальд Крюгер.

«Первоначально наша задача при производстве крыши модели M3 состояла в сокращении времени изготовления до нескольких минут и обеспечении должного качества этой детали при серийном производстве. В BMW i3 мы смогли сократить производственный цикл изготовления кузовных деталей из карбона еще на 30%».

В BMW не раскрывают всех секретов успеха, но утверждают, что ключевыми стали изобретение нового, более быстрого способа соединения деталей из карбона и новая система обработки панелей, которые и привели к сокращению производственных и временных затрат.

BMW вступает в эру автомобилей из карбона

Недавно разработанный технологический процесс означает, что BMW начинает массово использовать углепластики в серийных моделях.

BMW вступает в эру автомобилей из карбонаBMW вступает в эру автомобилей из карбона

Недавно разработанный технологический процесс означает, что BMW начинает массово использовать углепластики в серийных моделях.

BMW вступает в эру автомобилей из карбона

Наше новое видео

Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!

За рулем на Яндекс.Новости

Как изготавливают карбоновые рамы — Твоя Стихия

Карбоновые рамы являются лёгкими и прочными, гасят вибрацию, не подвержены коррозии, поэтому на сегодняшний день именно они используются в профессиональном велоспорте.

Принципы изготовления карбоновой и металлической рамы различаются, поскольку волокнистая структура карбона существенно отличается от металла.

карбоновая нить (более тёмного цвета) по сравнению с человеческим волосом.

Грамотно спроектированная рама из карбона может быть максимально прочной и выдерживать очень большие нагрузки. В последнее время технология производства деталей из карбона существенно улучшилась, сейчас из него делают не только рамы, но и вилки, выносы, рули, подседельные штыри, шатуны, даже звёздочки.

В чём ещё преимущества карбона — по сравнению с титаном он даёт большую жёсткость рамы, на нём легче ехать в гору и по пересечённой местности, карбон также гасит высокочастотные вибрации.

Что же такое карбон или по-другому, углепластик? Каждая карбоновая нить представляет собой тонкую трубку диаметром 5−8 микрон и состоит почти полностью из углерода.

Такие нити сломать очень просто, а вот порвать достаточно трудно, из них сплетаются ткани. Нити углерода обычно получают путём термической обработки химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.

Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Изготовление велосипедных рам с карбоновыми волокнами требует на удивление много рабочих рук – ведь процесс производства от начала и до конца полностью не автоматизирован. Вот почему такие рамы остаются довольно дорогим удовольствием.

Процесс изготовления карбоновой рамы

1. В изначальной форме материал для карбоновых рам (и любых других деталей) выглядит, как катушка толстых ниток. Перед вами бобина волокна Toray’s T700S, на сегодняшний день – основной материал для производства деталей велосипеда.

2. Среди компаний, производящих велосипеды, лишь Giant и Time используют необработанные карбоновые нити (другие компании покупают заготовки – листы углеволокна, пропитанные смолой). На фото вы видите 96 бобин с карбоновыми нитями, которые пропущены через станок, где они распрямляются и покрываются смолой, чтобы превратиться в листы заготовок.

3. Лист заготовки шириной в 3 фута (91. 44 см) затем разрезается на части, необходимые для изготовления рамы, но не только в соответствии с точными размерами, а также в зависимости от направления карбоновых волокон. На заводе Giant вырезанные (или согнутые) части раскладываются по коробкам, и уже из них рабочие подбирают куски нужных размеров для сборки.

4. Каждая часть рамы собирается из целого комплекта карбоновых заготовок. На данном этапе контроль качества имеет первостепенное значение. В Giant есть специальные столы для сортировки деталей с «гнёздами» различных размеров, по которым распределяются «выкройки» для деталей (на фото- той части рамы, к которой в последующем будет крепиться каретка).

5. Рабочие раскладывают заготовки на столе в определённом порядке, ориентируясь по образцу, имеющему форму законченной части рамы. Композитный материал представляет собой пластины, сложенные и завёрнутые в бумагу. Рабочие снимают бумагу и раскладывают заготовки на подогретой пластине, затем прикладывают образец, который часто также нагревают, чтобы было легче работать с заготовкой.

6. Чёрный прямоугольник, на котором на дальнем плане вы видите разложенные заготовки – это и есть та самая подогретая пластина. В основном, в этой комнате, где шаблоны будут обворачиваться карбоновым композитом, работают женщины. У мужчин иногда не хватает терпения для такой кропотливой работы.

7. Трубки для рамы часто обворачиваются гораздо большим листом карбонового композита. Вот куда идёт основное количество карбонового материала, так как именно трубки являются идеальной деталью для того, чтобы усилить жёсткость, и здесь работа уже не такая сложная – ведь обернуть ровную трубку легче, чем деталь рамы, имеющую разветвления для каретки.

8. Когда все части рамы – нижняя, трубки и т.д. – обёрнуты, их укладывают в пластиковую форму. Через всю раму пропускают эластичный полиуретановый баллон, который затем надувают. Стальной сердечник вставляют в каретку и в переднюю трубку (втулку руля), чтобы зафиксировать раму в форме. Лишнее карбоновое волокно обрезается.

9. Подготовленную таким образом раму помещают в холодильник, где деталь дожидается своей очереди, прежде чем попадёт в печь.

10. Рама укладывается в форму для обжига. Этот процесс занимает много времени, так как все части формы раздвижные, их необходимо точно подогнать к раме и закрепить винтами. Когда рама прочно закреплена в нижней части стальной двухстворчатой формы, верхняя часть формы с помощью гидравлики опускается и замыкает форму. Затем всё это отправляется в печь.

11. После обжига рама таким же образом вынимается из формы. Заметьте, что трубки повторили в точности изгибы формы благодаря давлению, созданному внутренним уретановым баллоном. Перекрывавшие друг друга края карбоновых волокон скрепляются расплавленной смолой, излишки которой выдавливаются из матрицы. Форма раскрывается и рама вынимается.

12. Затем вручную зачищают напильником, обрезиненным молотком и рашпилем излишки смолы и карбонового волокна с рамы.

Из-за зачистки и полировки карбоновая пыль зависает в воздухе. Работа проводится в костюмах и масках , в то время как вентиляторы разгоняют пыль, направляя её к стенам, по которым каскадом струится вода. Вода помогает убрать частички карбона.

Последняя и важная фаза производства — тестирование. С определённой высоты техник бросает груз на готовую вилку велосипеда, чтобы измерить сопротивление удару. Тестирование качества позволяет выяснить, насколько готовая деталь соответствует компьютерной модели.

карбоновая нить (более тёмного цвета) по сравнению с человеческим волосом.

Процесс изготовления карбоновой рамы

3. Лист заготовки шириной в 3 фута (91.44 см) затем разрезается на части, необходимые для изготовления рамы, но не только в соответствии с точными размерами, а также в зависимости от направления карбоновых волокон. На заводе Giant вырезанные (или согнутые) части раскладываются по коробкам, и уже из них рабочие подбирают куски нужных размеров для сборки.

Карбон: материал XXI века — Журнал обо всем — ЖЖ

Материал, символизирующий торжество передовых технологий, на самом деле придуман давно — еще в 1880 году Томас Эдисон предлагал делать из углеродного волокна нити накаливания для своих ламп. Однако в отличие от лампочек эта новация ждала своего часа больше века.

Углепластик, композитный материал из переплетенных нитей углеродного волокна, скрепленных с помощью эпоксидных смол.

Зато теперь углеродное волокно (или попросту карбон, от английского carbon fiber) встречает нас повсюду: его используют в космической индустрии и самолетостроении, делают из него кузовные детали автомобилей и протезы — пара карбоновых ног принесла бегуну-инвалиду Оскару Писториусу шесть золотых медалей на Паралимпийских играх. Примеры применения углеродного волокна в дизайне пока штучные, но яркие.

Электровелосипед с рамой и рулем из углепластика LEAOS 2.0 Carbon City Design E-Bike, LEAOS.

Чаще всего карбон встречается в виде углепластика, композитного материала с эффектом 3D. Именно это свойство привлекло часовую марку IWC. “Благодаря углеволокну корпус часов отличается сложной трехмерной геометрией”, — говорит креативный директор компании Кристиан Кнооп, отвечавший за разработку коллекции Ingenieur Automatic Carbon Performance.

Часы Ingenieur Automatic Carbon Performance с корпусом и безелем из углепластика, IWC.

К тому же в часовом деле традиционно ценится не только конечный результат, но и трудоемкость самого производственного процесса. Карбон в этом смысле — идеальный выбор: корпус часов состоит из 45 деталей от 0,1 до 0,3 мм толщиной, вручную уложенных в форму для прессования. Сотрудникам IWC даже пришлось изобрести новый способ обработки карбоновой ткани.

Диван ONYX из углеродного волкна и вулканического камня, разработанный в рамках экспериментального проекта Peugeot Design Lab.

Голландский дизайнер Марсель Вандерс, который начал делать карбоновую мебель одним из первых, тоже ссылается на тягу к экспериментам: “Мне нравится придумывать новое применение для хорошо известных материалов”. Дизайнер ценит углеводородное волокно за сочетание прочности и легкости — придуманный им в 2004 году Carbon Chair весит всего 3,7 кг. “Материала требуется меньше, отходов тоже получается меньше, а служит такая вещь дольше”, — говорит Вандерс.

Стул Carbon Chair, дизайн Бертьяна Пота и Марселя Вандерса для Moooi.

Сейчас, по словам дизайнера, у него в работе целый гарнитур карбоновой мебели. “Это материал, который почти не подвержен влиянию времени, он и через сто лет будет выглядеть так же, как сегодня, — рассказывает он. — А мне хочется делать вещи, которые вызывают у людей душевную привязанность и желание никогда с ними не расставаться”.

Чехол для костюма из углепластика — один из четырех предметов багажа, разработанных Louis Vuitton для автомобилей BMW i8.

Топор Core Axe с топорищем из углепластика и лезвиями из высокоуглеродистой стали по дизайну Каспера Гамильтона для Zai.

XPRO Фотомонопод карбон.5секц. совместим с FLUIDTECH базой — MPMXPROC5

Новый 5ти секционный XPRO монопод это профессиональный карбоновый монопод предназначенный для фотографов, которые меняют высоту монопода чтобы вести съемку под разными углами и которым необходимо быстро сложить монопод и убрать в свою фотосумку. 100% карбоновые ноги делают эти моноподы невероятно легкими и обеспечивают высочайшую устойчивость и поглощение минимальных колебаний для того, чтобы качество снимков было превосходным. Усовершенствованные быстрые замки клипсы (QPL) надежно фиксируются и исключают возможность случайного раскрытия. Монопод совместим с жидкостной базой Manfrotto MVMXPROBASE, и вы можете трансформировать фото монопод в профессиональный жидкостной видео монопод. Инновационная жидкостная база FLUIDTECH обеспечивает плавное движение по 3м осям — панорамные кадры, наклоны, повороты, это передовая технология, основанная на сферическом креплении внутри базы, которая придает невероятную плавность и значительно расширяет возможности съемки. Благодаря трем складным ножкам монопод чрезвычайно компактен в сложенном виде и его легко носить с собой повсюду. Жидкостная база MVMXPROBASE легко устанавливается на мноподы XPRO Photo Monopod+ путем замены наконечника в основании монопода. Таким образом из фотографического монопода получается видеомонопод. База MVMXPROBASE совместима со всеми моноподами серии XPRO Photo Monopod+, за исключением MMXPROA3B. MPMXPROC5 — это 5ти секционный монопод высотой 176см (63,9дюймов). Комплект с головкой 234RC и установленной камерой значительно увеличивает досягаемость по высоте и открывает новые возможности для съемки. Это превосходное сочетание высоких технических характеристик и портативности: легкий в переноске, можно быстро и без усилий менять локацию, при этом вы имеете невероятную устойчивость и прочность карбоновых ног. Благодаря усовершенствованной прорезиненной ручке и двум крепежным винтам 1/4» — 3/8» моноподы новой серии более практичны, быстры и мобильны для использования на различных локациях. MPMXPROA5 заменяет Manfrotto 695CX. Внимание: Если у вас есть два монопода видео XPRO Monopod+ и фото XPRO Monopod+, и вы хотите использовать видео базу для обоих, вам необходимо приобрести дополнительную деталь артикул R108852 (нажмите для скачивания инструкции)

It’s Elemental — Элемент углерода

Что в названии? От латинского слова древесный уголь carb .

Сказать что? Углерод произносится как KAR-ben .

Углерод, шестой по распространенности элемент во Вселенной, был известен с древних времен. Углерод чаще всего получают из угольных месторождений, хотя обычно его необходимо перерабатывать в форму, пригодную для коммерческого использования. Известно, что существуют три встречающихся в природе аллотропа углерода: аморфный, графитовый и алмазный.

Аморфный углерод образуется, когда материал, содержащий углерод, сжигается без достаточного количества кислорода для полного сгорания. Эта черная сажа, также известная как сажа, газовая сажа, канальная сажа или технический углерод, используется для изготовления чернил, красок и резиновых изделий. Из него также можно придавать форму и, помимо прочего, он используется для формирования сердечников большинства сухих аккумуляторных батарей.

Графит, один из самых мягких известных материалов, представляет собой форму углерода, которая в основном используется в качестве смазки. Хотя это происходит в природе, большая часть промышленного графита производится путем обработки нефтяного кокса, остатка черной смолы, остающегося после очистки сырой нефти, в бескислородной печи.Встречающийся в природе графит встречается в двух формах: альфа и бета. Эти две формы имеют идентичные физические свойства, но разные кристаллические структуры. Весь искусственно созданный графит относится к альфа-типу. Помимо использования в качестве смазки, графит в форме, известной как кокс, в больших количествах используется при производстве стали. Кокс получают путем нагревания мягкого угля в печи без смешивания с ним кислорода. Хотя его обычно называют свинцом, черный материал, используемый в карандашах, на самом деле является графитом.

Алмаз, третья встречающаяся в природе форма углерода, является одним из самых твердых известных веществ. Хотя природные алмазы обычно используются для изготовления ювелирных изделий, большинство алмазов коммерческого качества производятся искусственно. Эти маленькие алмазы получают путем сжатия графита при высоких температурах и давлениях в течение нескольких дней или недель и в основном используются для изготовления таких вещей, как пильные диски с алмазными наконечниками. Хотя они обладают очень разными физическими свойствами, графит и алмаз отличаются только своей кристаллической структурой.

Четвертый аллотроп углерода, известный как белая сажа, был получен в 1969 году. Это прозрачный материал, который может разделить одиночный луч света на два луча, свойство, известное как двойное лучепреломление. Об этой форме углерода известно очень мало.

Большие молекулы, состоящие только из углерода, известные как бакминстерфуллерены, или бакиболлы, были недавно обнаружены и в настоящее время представляют большой научный интерес. Один бакибол состоит из 60 или 70 атомов углерода (C ₆₀ или C ₇₀), связанных вместе в структуру, которая выглядит как футбольный мяч.Они могут улавливать другие атомы в своей структуре, по-видимому, способны выдерживать большие давления и обладают магнитными и сверхпроводящими свойствами.

Углерод-14, радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада 5730 лет, используется для определения возраста ранее живых существ с помощью процесса, известного как радиоуглеродное датирование. Теория углеродного датирования довольно проста. Ученые знают, что небольшое количество встречающегося в природе углерода — это углерод-14. Хотя углерод-14 распадается на азот-14 посредством бета-распада, количество углерода-14 в окружающей среде остается постоянным, потому что новый углерод-14 всегда создается в верхних слоях атмосферы космическими лучами.Живые существа склонны поглощать материалы, содержащие углерод, поэтому процентное содержание углерода-14 в живых существах такое же, как процентное содержание углерода-14 в окружающей среде. Когда организм умирает, он больше ничего не ест. Углерод-14 в этом организме больше не заменяется, и процентное содержание углерода-14 начинает уменьшаться по мере его распада. Измеряя процентное содержание углерода-14 в остатках организма и предполагая, что естественное содержание углерода-14 остается постоянным с течением времени, ученые могут оценить, когда этот организм умер.Например, если концентрация углерода-14 в останках организма составляет половину естественной концентрации углерода-14, ученый может подсчитать, что этот организм умер примерно 5730 лет назад, в период полураспада углерода-14.

Существует около десяти миллионов известных соединений углерода, и их изучению посвящена целая отрасль химии, известная как органическая химия. Многие углеродные соединения необходимы для жизни, какой мы ее знаем. Некоторые из наиболее распространенных углеродных соединений: диоксид углерода (CO ₂), монооксид углерода (CO), сероуглерод (CS ₂), хлороформ (CHCl ₃), четыреххлористый углерод (CCl ₄), метан (CH ₄), этилен (C ₂ H ₄), ацетилен (C ₂ H ₂), бензол (C ₆ H ₆), этиловый спирт (C ₂ H ₅ OH) и уксусной кислоты (CH ₃ COOH).

углерода | Факты, использование и свойства

Свойства и использование

По весу углерод занимает 19-е место по содержанию элементов в земной коре, и, по оценкам, во Вселенной в 3,5 раза больше атомов углерода, чем атомов кремния. Только водород, гелий, кислород, неон и азот атомно более распространены в космосе, чем углерода. Углерод — это космический продукт «горения» гелия, в котором три ядра гелия с атомным весом 4 сливаются, образуя ядро углерода с атомным весом 12.

Британская викторина

36 вопросов из самых популярных научных викторин «Британники»

Насколько хорошо вы знаете астрономию? А как насчет квантовой механики? В этой викторине вы ответите на 36 самых сложных вопросов из самых популярных викторин «Британника» о науках. Его завершат только лучшие мастера викторины.

В земной коре элементарный углерод является второстепенным компонентом. Однако соединения углерода (т.е. карбонаты магния и кальция) образуют обычные минералы (например, магнезит, доломит, мрамор или известняк). Кораллы и раковины устриц и моллюсков состоят в основном из карбоната кальция. Углерод широко распространен в виде угля и органических соединений, составляющих нефть, природный газ и все ткани растений и животных. Естественная последовательность химических реакций, называемых углеродным циклом, включающая преобразование атмосферного углекислого газа в углеводы путем фотосинтеза в растениях, потребление этих углеводов животными и их окисление в процессе метаболизма с образованием углекислого газа и других продуктов, а также возврат углерода. диоксид в атмосферу — один из важнейших биологических процессов.

Углерод как элемент был обнаружен первым человеком, обработавшим древесный уголь из огня. Таким образом, вместе с серой, железом, оловом, свинцом, медью, ртутью, серебром и золотом углерод был одним из небольшой группы элементов, хорошо известных в древнем мире. Современная химия углерода началась с разработки углей, нефти и природного газа в качестве топлива и с объяснения синтетической органической химии, которые в значительной степени развивались с 1800-х годов.

Элементарный углерод существует в нескольких формах, каждая из которых имеет свои физические характеристики.Две из его четко определенных форм, алмаз и графит, имеют кристаллическую структуру, но они различаются по физическим свойствам, потому что расположение атомов в их структурах отличается. Третья форма, называемая фуллереном, состоит из множества молекул, полностью состоящих из углерода. Сфероидальные фуллерены с закрытой клеткой называются бакерминстерфуллеренами, или «бакиболами», а цилиндрические фуллерены — нанотрубками. Четвертая форма, называемая Q-углеродом, является кристаллической и магнитной. Еще одна форма, называемая аморфным углеродом, не имеет кристаллической структуры.Другие формы, такие как технический углерод, древесный уголь, сажа, уголь и кокс, иногда называют аморфными, но рентгеновское исследование показало, что эти вещества действительно обладают низкой степенью кристалличности. Алмаз и графит встречаются на Земле в естественных условиях, и их также можно производить синтетическим путем; они химически инертны, но соединяются с кислородом при высоких температурах, как и аморфный углерод. Фуллерен был случайно обнаружен в 1985 году как синтетический продукт в ходе лабораторных экспериментов по моделированию химического состава атмосферы гигантских звезд.Позже было обнаружено, что он встречается в крошечных количествах в природе на Земле и в метеоритах. Q-углерод также является синтетическим, но ученые предполагают, что он может образовываться в жарких средах ядер некоторых планет.

фуллерен
Две структуры фуллерена: удлиненная углеродная нанотрубка и сферический бакминстерфуллерен, или «бакиболл».
Encyclopædia Britannica, Inc.
Слово углерод , вероятно, происходит от латинского carb , что означает «уголь», «древесный уголь», «тлеющий уголь».Термин алмаз , искаженное греческое слово adamas , «непобедимый», точно описывает постоянство этой кристаллизованной формы углерода, точно так же, как графит , название другой кристаллической формы углерода, производное от греческого глагола graphein , «писать», отражает его свойство оставлять темный след при трении о поверхность. До открытия в 1779 году того факта, что графит при горении на воздухе образует двуокись углерода, графит путали как с металлическим свинцом, так и с похожим на поверхность веществом, минералом молибденитом.
Чистый алмаз — это самое твердое из известных природных веществ, которое плохо проводит электричество. С другой стороны, графит — это мягкое скользкое твердое тело, которое хорошо проводит как тепло, так и электричество. Углерод как алмаз является самым дорогим и блестящим из всех природных драгоценных камней и самым твердым из абразивов природного происхождения. Графит используется как смазка. В микрокристаллической и почти аморфной форме он используется как черный пигмент, как адсорбент, как топливо, как наполнитель для резины и, смешанный с глиной, как «грифель» карандашей.Поскольку он проводит электричество, но не плавится, графит также используется для изготовления электродов в электрических печах и сухих элементах, а также для изготовления тиглей, в которых плавятся металлы. Молекулы фуллерена имеют многообещающие возможности для широкого диапазона применений, включая материалы с высокой прочностью на разрыв, уникальные электронные устройства и устройства хранения энергии, а также безопасную герметизацию горючих газов, таких как водород. Q-углерод, который создается путем быстрого охлаждения образца элементарного углерода, температура которого повышена до 4000 K (3727 ° C [6740 ° F]), тверже, чем алмаз, и его можно использовать для изготовления алмазных структур (таких как в виде алмазных пленок и микроигл) внутри своей матрицы.Элементарный углерод нетоксичен.
Каждая из «аморфных» форм углерода имеет свой специфический характер и, следовательно, у каждой есть свои особенности применения. Все они являются продуктами окисления и других форм разложения органических соединений. Например, уголь и кокс широко используются в качестве топлива. Древесный уголь используется в качестве абсорбирующего и фильтрующего агента, а также в качестве топлива и когда-то широко использовался в качестве ингредиента в порохе. (Уголь представляет собой элементарный углерод, смешанный с различным количеством углеродных соединений.Кокс и древесный уголь — это почти чистый углерод.) Помимо использования в производстве чернил и красок, сажа добавляется в резину, используемую в шинах, для улучшения ее износостойкости. Костный черный или животный уголь может адсорбировать газы и красящие вещества из многих других материалов.
Углерод, элементарный или комбинированный, обычно определяется количественно путем преобразования в газообразный диоксид углерода, который затем может абсорбироваться другими химическими веществами с получением взвешиваемого продукта или раствора с кислотными свойствами, который можно титровать.
Производство элементарного углерода
До 1955 года все алмазы добывались из природных месторождений, наиболее значительных в южной части Африки, но также встречающихся в Бразилии, Венесуэле, Гайане и Сибири. Единственный известный источник в Соединенных Штатах, в Арканзасе, не имеет коммерческого значения; Индия, когда-то являвшаяся источником прекрасных алмазов, не является важным поставщиком в настоящее время. Основным источником алмазов является мягкая голубоватая перидотическая порода, называемая кимберлитом (по названию известного месторождения в Кимберли, Южная Африка), обнаруженная в вулканических структурах, называемых трубками, но многие алмазы встречаются в аллювиальных отложениях, предположительно в результате выветривания первичных источников.Единичные находки по всему миру в регионах, где не указаны источники, не были редкостью.
Природные отложения обрабатываются дроблением, гравитационным и флотационным разделением, а также удалением алмазов путем их прилипания к слою смазки на подходящем столе. В результате получаются следующие продукты: (1) собственно алмаз — искаженные кубические кристаллические камни ювелирного качества от бесцветных до красных, розовых, голубых, зеленых или желтых; (2) борт — мелкие темные кристаллы абразивного, но не ювелирного качества; 3) баллас — хаотически ориентированные кристаллы абразивного качества; (4) маклес — треугольные кристаллы в форме подушечек, которые используются в промышленности; 5) карбонадо — смешанные алмазно-графитовые кристаллиты, содержащие другие примеси.
Успешное лабораторное преобразование графита в алмаз было произведено в 1955 году. Процедура включала одновременное использование чрезвычайно высокого давления и температуры с железом в качестве растворителя или катализатора. Впоследствии железо заменили хромом, марганцем, кобальтом, никелем и танталом. В настоящее время синтетические алмазы производятся в нескольких странах и все чаще используются вместо природных материалов в качестве промышленных абразивов.
Графит встречается в естественных условиях во многих областях, наиболее важные месторождения находятся в Китае, Индии, Бразилии, Турции, Мексике, Канаде, России и на Мадагаскаре.Используются как открытые, так и глубокие горные разработки с последующей флотацией, но основная часть товарного графита производится путем нагревания нефтяного кокса в электрической печи. Лучше кристаллизованная форма, известная как пиролитический графит, получается в результате разложения низкомолекулярных углеводородов под действием тепла. Графитовые волокна со значительной прочностью на разрыв получают путем карбонизации натуральных и синтетических органических волокон.
Углеродные продукты получают путем нагревания угля (для получения кокса), природного газа (для получения сажи) или углеродистых материалов растительного или животного происхождения, таких как древесина или кость (для получения древесного угля), при повышенных температурах в присутствии недостаточное количество кислорода для горения.Летучие побочные продукты рекуперируются и используются отдельно.
Carbon — экспертная письменная, удобная для пользователя информация об элементах
Углерод, химический элемент, относится к неметаллам. Это известно с давних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.
Зона данных
Классификация: Углерод — неметалл
Цвет: черный (графит), прозрачный (алмаз)
Атомный вес: 12. 011
Состояние: цельный
Температура плавления: 3550 ^o C, 3823 K
Примечание: при нормальном атмосферном давлении углерод при нагревании не плавится, а возгоняется. то есть претерпевает фазовый переход непосредственно из твердого состояния в газ. При увеличении давления до 10 атмосфер наблюдается плавление углерода (графита) при температуре 3550 ° C.
Температура кипения: 3825 ^o C, 4098 K
Указанная точка кипения регистрируется, когда давление паров графита над сублимируемым графитом достигает 1 атмосферы.
Электронов: 6
Протоны: 6
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 6
Электронные оболочки: 2,4
Электронная конфигурация: 1s ² 2s ² 2p ²
Плотность при 20 ^o C: 2,267 г / см ³ (г), 3,513 г / см ³ (ди)
Показать еще, в том числе: температуры, энергии, окисление, реакции,
соединения, радиусы, проводимости
Атомный объем: 5. 31 см ³ / моль (г), 3,42 см ³ / моль (ди)
Состав: гексагональные слои (графит), тетраэдрические (алмаз)
Твердость: 0,5 mohs (графит), 10,0 mohs (алмаз)
Удельная теплоемкость 0,71 Дж г ^-1 K ^-1 (графит),
0,5091 Дж г ^-1 K ^-1 (алмаз)
Теплота плавления 117 кДж моль ^-1 (графит)
Теплота распыления 717 кДж моль ^-1
Теплота испарения 710.9 кДж моль ^-1
1 ^st энергия ионизации 1086,5 кДж моль ^-1
2 ^nd энергия ионизации 2352,6 кДж моль ^-1
3 ^rd энергия ионизации 4620,5 кДж моль ^-1
Сродство к электрону 121,55 кДж моль ^-1
Минимальная степень окисления -4
Мин. общее окисление нет. -4
Максимальное число окисления 4
Макс. общее окисление нет. 4
Электроотрицательность (шкала Полинга) 2,55
Объем поляризуемости 1,8 Å ³
Реакция с воздухом энергичный, ⇒ CO ₂
Реакция с 15 M HNO ₃ слабый, w / ht ⇒ C ₆ (CO ₂ H) ₆ (меллитовая / графитовая кислота)
Реакция с 6 M HCl нет
Реакция с 6 М NaOH нет
Оксид (ов) CO, CO ₂
Гидрид (ы) CH ₄ и многие C _x H _y
Хлорид (ы) CCl ₄
Атомный радиус 70 часов
Ионный радиус (1+ ион) –
Ионный радиус (2+ ионов) –
Ионный радиус (3+ иона) –
Ионный радиус (1-ионный) –
Ионный радиус (2-ионный) –
Ионный радиус (3-ионный) –
Теплопроводность 25-470 Вт м ^-1 K ^-1 (графит), 470 Вт м ^-1 K ^-1 (алмаз)
Электропроводность 0. 07 x 10 ⁶ S м ^-1
Температура замерзания / плавления: 3550 ^o C, 3823 K
Модели структуры углеродных нанотрубок.
Лавуазье использует гигантскую линзу в экспериментах по горению
На поверхности графена расположена наночастица оксида индия и олова, которая помогает закрепить две наночастицы платины (синие) для улучшения катализа в топливном элементе. Изображение: PNL.
Открытие углерода
Доктор.Дуг Стюарт
Углерод известен с древних времен в виде сажи, древесного угля, графита и алмазов. Древние культуры, конечно, не осознавали, что эти вещества были разными формами одного и того же элемента
.
Французский ученый Антуан Лавуазье назвал углерод и провел множество экспериментов, чтобы раскрыть его природу.
В 1772 году он объединил ресурсы с другими химиками, чтобы купить алмаз, который они поместили в закрытую стеклянную банку. Они сфокусировали солнечные лучи на алмазе с помощью замечательной гигантской лупы и увидели, как алмаз загорелся и исчез.
Лавуазье отметил, что общий вес сосуда не изменился и что когда он сгорел, алмаз соединился с кислородом с образованием диоксида углерода. ^{(1), (2)} Он пришел к выводу, что алмаз и древесный уголь сделаны из одного и того же элемента — углерода.
В 1779 году шведский ученый Карл Шееле показал, что графит сгорает с образованием углекислого газа и, следовательно, должен быть другой формой углерода. ⁽³⁾
В 1796 году английский химик Смитсон Теннант установил, что алмаз — это чистый углерод, а не соединение углерода; он сгорел, образуя только углекислый газ.
Теннант также доказал, что при сжигании древесного угля и алмазов равного веса образуется одинаковое количество углекислого газа. ⁽⁴⁾
В 1855 году английский химик Бенджамин Броди произвел чистый графит из углерода, доказав, что графит является одной из форм углерода. ⁽⁴⁾
Хотя ранее это предпринималось безуспешно, в 1955 году американский ученый Фрэнсис Банди и его коллеги из General Electric наконец продемонстрировали, что графит может превращаться в алмаз при высокой температуре и высоком давлении.⁽⁵⁾
В 1985 году Роберт Керл, Гарри Крото и Ричард Смолли открыли фуллерены, новую форму углерода, в которой атомы расположены в форме футбольного мяча. Самый известный фуллерен — бакминстерфуллерен, также известный как C60, состоящий из 60 атомов углерода. Существует большое семейство фуллеренов, начиная с C20 и до C540. ^{(6), (7)}
Самым недавно открытым аллотропом углерода является графен, который состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в шестиугольниках.Если бы эти слои были наложены друг на друга, результатом был бы графит. Графен имеет толщину всего в один атом.
Об открытии графена объявили в 2004 году Костя Новоселов и Андре Гейм, которые использовали липкую ленту, чтобы отделить один слой атомов от графита, чтобы получить новый аллотроп.
Интересные факты о углероде
Около 20% веса живых организмов составляет углерод.
Известно больше соединений, содержащих углерод, чем не содержащих.
Углерод — четвертый по содержанию элемент во Вселенной.
Несмотря на его высокую распространенность, существованием углерода мы обязаны невероятному стечению обстоятельств

Алмаз — отличный абразив, потому что это самый твердый из распространенных материалов, а также он имеет самую высокую теплопроводность. Он может измельчить любое вещество, а тепло, выделяемое при трении, быстро отводится.
Все атомы углерода в вашем теле когда-то были частью двуокиси углерода атмосферы.
Графен — самый тонкий и прочный материал из когда-либо известных.
Графен состоит из двумерных атомных кристаллов, такие структуры были обнаружены впервые.
Графит в обычном механическом карандаше имеет диаметр 0,7 мм. Это равно 2 миллионам слоев графена.
Автомобильные шины черные, потому что они на 30% состоят из технического углерода, который добавляют в резину для ее усиления. Технический углерод также помогает защитить шины от УФ-повреждения.⁽⁸⁾
Углерод образуется в звездах, когда они сжигают гелий в реакциях ядерного синтеза. Углерод входит в состав «золы», образующейся при горении гелия.
Углерод претерпевает реакции ядерного синтеза в тяжелых звездах с образованием неона, магния и кислорода.
Инфракрасный космический телескоп НАСА Spitzer обнаружил бакминстерфуллерен (бакиболлы), равный по массе 15 нашим спутникам в карликовой галактике Малое Магелланово Облако. Изображение NASA / JPL-Caltech.
Атомы внеземных благородных газов гелия-3 и аргона-36 были обнаружены внутри бакиболов на Земле. Бакиболлы прибыли в кометах или астероидах и были обнаружены в породах, связанных с пермско-триасовым массовым вымиранием 250 миллионов лет назад. Изображение Дона Дэвиса и Hajv01.
Слева: сжигание угля (в основном аморфного углерода) на воздухе. Справа: бриллианты (кристаллический углерод). Мы думали о том, чтобы сфотографировать горящие алмазы — они горят при температуре около 800 ^o C — но мы не могли себе этого позволить!
Подобные формы жизни на основе углерода доминируют на нашей планете.
ДНК. Известная молекула с двойной спиралью стала возможной благодаря способности углерода образовывать длинные молекулярные цепи.
НАСА: Углеродные нанотрубки обладают выдающейся прочностью на разрыв — на два порядка выше, чем у графитовых волокон, кевлара или стали.
Окрестности Периодической таблицы углерода
Замечательное изображение, выпущенное Майклом Стрёком под лицензией GNU Free Documentation License: структуры восьми аллотропов углерода: a) алмаз b) графит c) лонсдейлит d) C60 (бакминстерфуллерен) e) фуллерен C540 f) фуллерен C70 g) аморфный углерод з) Одностенные углеродные нанотрубки. Нажмите здесь для увеличения изображения.
Внешний вид и характеристики
Вредные воздействия:
Чистый углерод имеет очень низкую токсичность. Вдыхание большого количества сажи (сажа / угольная пыль) может вызвать раздражение и повреждение легких.
Характеристики:
Углерод может существовать в нескольких различных трехмерных структурах, в которых его атомы расположены по-разному (аллотропы).
Три обычных кристаллических аллотропа — это графит, алмаз и (обычно) фуллерены.Графен имеет двумерную кристаллическую структуру (фуллерены иногда могут существовать в аморфной форме) ⁽⁹⁾
Углерод также может существовать в аморфном состоянии. Однако многие аллотропы, обычно описываемые как аморфные, такие как стеклоуглерод, сажа или углеродная сажа, обычно имеют достаточную структуру, чтобы не быть действительно аморфными. Хотя наблюдались кристаллические нанотрубки, они обычно аморфны. ⁽¹⁰⁾
Внизу страницы показаны структуры восьми аллотропов.
Интересно, что графит — одно из самых мягких веществ, а алмаз до недавнего времени считался самым твердым веществом, встречающимся в природе.
Чрезвычайно редкий аллотроп углерода, лонсдейлит, в чистом виде был рассчитан на 58% прочнее алмаза. Лонсдейлит представляет собой алмазоподобную углеродную сетку с гексагональной структурой графита. Это происходит, когда метеориты, содержащие графит, попадают в другое тело, например, на Землю. Высокие температуры и давление при ударе превращают графит в лонсдейлит.
Углерод имеет самую высокую температуру плавления / сублимации среди всех элементов и в форме алмаза имеет самую высокую теплопроводность среди всех элементов.
Высокая теплопроводность
Diamond является источником сленгового термина «лед». При типичных комнатных температурах температура вашего тела выше, чем в комнате, включая любые крупные бриллианты, которые могут случайно оказаться поблизости. Если вы прикоснетесь к любому из этих алмазов, их высокая теплопроводность унесет тепло от вашей кожи быстрее, чем любой другой материал.Ваш мозг интерпретирует эту быструю передачу тепловой энергии от вашей кожи как означающую, что вы касаетесь чего-то очень холодного, поэтому бриллианты при комнатной температуре могут ощущаться как лед.
Использование углерода
Углерод (в форме угля, который в основном состоит из углерода) используется в качестве топлива.
Графит используется для кончиков карандашей, высокотемпературных тиглей, сухих ячеек, электродов и в качестве смазки.
Алмазы используются в ювелирных изделиях и, поскольку они очень твердые, в промышленности для резки, сверления, шлифования и полировки.
Технический углерод используется в качестве черного пигмента в печатных красках.
Углерод может образовывать сплавы с железом, наиболее распространенным из которых является углеродистая сталь.
Радиоактивный изотоп ¹⁴ C используется для археологического датирования.
Соединения углерода важны во многих областях химической промышленности — углерод образует огромное количество соединений с водородом, кислородом, азотом и другими элементами.
Численность и изотопы
Изобилие земной коры: 200 частей на миллион по весу, 344 частей на миллион по молям
Солнечная система изобилия: 3000 частей на миллион по весу, 300 частей на миллион по молям
Стоимость, чистая: 2 $.4 на 100 г
Стоимость, оптом: $ за 100 г
Источник: Углерод можно получить путем сжигания органических соединений при недостатке кислорода. Четыре основных аллотропа углерода — это графит, алмаз, аморфный углерод и фуллерены.
Природные алмазы найдены в кимберлитах древних вулканов.
Графит также встречается в природных месторождениях.
Фуллерены были обнаружены как побочные продукты экспериментов с молекулярными пучками в 1980-х годах.
Аморфный углерод является основным компонентом древесного угля, сажи (технического углерода) и активированного угля.
Изотопы: 13, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 8 до 20. Встречающийся в природе углерод представляет собой смесь двух изотопов, и они находятся в указанных процентах: ¹² C (99%) и ¹³ C ( 1%).
Изотоп ¹⁴ C с периодом полураспада 5730 лет широко используется для определения возраста углеродистых материалов, таких как древесина, археологические образцы и т. Д., Возрастом примерно до 40 000 лет.
Список литературы
Роберт Э. Кребс, История и использование химических элементов нашей Земли: справочное руководство., (2006) p192. Издательская группа «Гринвуд»,
Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. I. Элементы, известные древнему миру., J. Chem. Образов., 1932, 9 (1), с4
Джессика Эльзеа Когель, Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование., (2006) p507. SME.
Аманда С. Барнард, Формула алмаза: синтез алмаза — геммологическая перспектива. , (2000) стр. 3. Баттерворт-Хайнеманн
Роберт М. Хазен, Создатели бриллиантов. (1999), стр. 145.Издательство Кембриджского университета.
Джонатан В. Стид, Джерри Л. Этвуд, Супрамолекулярная химия. (2009) p423. Вайли.
Нобелевская премия по химии, 1996
Что нам нужно для изготовления шины?
Мин Гао и Хуэй Чжан, Получение аморфной пленки фуллерена., Physics Letters A Volume 213, Issues 3-4, 22 апреля 1996 г., страницы 203-206
Рон Дагани, Магия нанотрубок, Исследование материалов, 16 апреля 2001 г. Том 79, номер 16 CENEAR 79 16 стр. 6.
Цитируйте эту страницу
Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:
Углерод
или
Факты об углеродных элементах
Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:
«Карбон». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 25 июля. 2014. Интернет. .
Что такое углерод? | Окружающая среда
Углерод — это химический элемент, такой как водород, кислород, свинец или любой другой элемент периодической таблицы.
Углерод — очень распространенный элемент. Он существует в чистых или почти чистых формах, таких как алмаз и графит, но также может соединяться с другими элементами с образованием молекул. Эти углеродные молекулы являются основными строительными блоками людей, животных, растений, деревьев и почв. Некоторые парниковые газы, такие как CO2 и метан, также состоят из молекул на основе углерода, как и ископаемое топливо, которое в значительной степени состоит из углеводородов (молекул, состоящих из водорода и углерода).
В контексте изменения климата термин «углерод» обычно используется как сокращение от углекислого газа, наиболее важного парникового газа, выделяемого людьми.Однако технически это неточно. Углерод становится диоксидом углерода только тогда, когда каждый атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода (отсюда химическая формула диоксида углерода, CO2).
Это сокращение может иногда вызывать путаницу, потому что, хотя «тонна углерода» часто используется для обозначения «тонны СО2», в научном контексте эта же фраза может означать «СО2, содержащий тонну углерода» (т.е. гораздо меньшее количество, поскольку кислород составляет большую часть веса каждой молекулы CO2).
Термин «углерод» также встречается во фразе «углеродный след», которая описывает общее количество парниковых газов, выделяемых в результате данной деятельности. В этом контексте «тонна углерода» может означать еще кое-что: «смесь парниковых газов с комбинированным воздействием потепления, эквивалентным воздействию тонны CO2».
Молекулы углерода перемещаются вокруг системы Земли в углеродном цикле.
Окончательные ответы на вопросы об изменении климата
Последний раз обновлялся этот ответ: 21. 01.2010
Прочтите о проекте и предложите вопрос
Сообщите об ошибке в этом ответе
Связанные вопросы
Действительно ли мир становится теплее?
Действительно ли люди вызывают потепление?
Что такое петли обратной связи по изменению климата?
Эта редакционная статья может быть воспроизведена бесплатно в соответствии с лицензией Creative Commons

Эта публикация The Guardian находится под лицензией Creative Commons Attribution-No Derivative Works 2.0 UK: England & Wales License.
На основе работы на theguardian.com
Что такое углерод? — Урок истории и фактов для детей
Углерод на протяжении всей истории
Люди знали об углероде тысячи лет. Его название происходит от латинского слова «карбо», что означает «уголь».
В отличие от некоторых других элементов точно неизвестно, кто первым открыл углерод. Он датируется доисторическими временами, когда люди называли его древесным углем.
Вы когда-нибудь были у костра или видели, как кто-то использует древесный уголь для гриля?
Изображение древесного угля
Вы заметили черный грязный осадок, который остался? Эта черная сажа — это углерод.
В семнадцатом веке Роберт Бойль выяснил, что углерод является элементом. Другие узнают, что это было в различных формах.
Антуан Лавуазье открыл, что алмазы являются разновидностью углерода.
В 1779 году Карл Вильгельм Шееле доказал, что графит также является одной из форм углерода.
Затем, в 1985 году, группа ученых открыла новую форму углерода. Этот новый тип углерода, иногда называемый бакиболами, создает очень прочные материалы, используемые для множества вещей.
Ученые постоянно изучают углерод и его использование для достижения медицинских достижений, а также в повседневной жизни. Давайте подробнее рассмотрим, что такое углерод!
Факты о углероде
Углерод повсюду вокруг вас.
Все элементы состоят из атомов. Фактически, все в мире состоит из атомов. Атомы — наименьшая единица материи. У каждого из них есть определенное количество протонов и нейтронов в ядре. У них также есть определенное количество электронов, которые вращаются вокруг ядра или вращаются вокруг него.
Элемент углерод в его наиболее распространенной форме состоит ровно из 6 протонов, нейтронов и электронов — именно из-за того, что он состоит из 6 протонов, мы говорим, что его атомный номер равен 6. Взгляните на диаграмму, чтобы увидеть, как выглядит углерод. как атом.
Диаграмма атома углерода
Когда вы объединяете углерод с другими элементами или веществами, его химический состав может измениться.
Примеры:
Когда вы объединяете один атом углерода с двумя атомами кислорода, вы получаете углекислый газ, который является газом, который вы выдыхаете, когда дышите.
Когда вы соединяете один атом углерода с одним атомом кислорода, вы получаете окись углерода. Это очень опасный газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива, такого как уголь или природный газ.
Итак, вы видите, что углерод является важным элементом для живых существ, но он также является основным компонентом полезных неживых вещей.
Краткое содержание урока
Углерод — один из самых основных элементов , обнаруженных на нашей Земле. У атома углерода ровно 6 протонов, нейтронов и электронов, что дает ему атомный номер 6.Есть три различных типа углерода, которые вы можете найти в воздухе, в живых существах и под землей.
Углерод (C) — химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду
Его плотность колеблется от 2,25 г / см³ (1,30 унции / дюйм³) для графита и 3,51 г / см³ (2,03 унции / дюйм³) для алмаза. Температура плавления графита составляет 3500ºC (6332ºF), а экстраполированная точка кипения составляет 4830ºC (8726ºF). Элементарный углерод — инертное вещество, не растворимое в воде, разбавленных кислотах и щелочах, а также в органических растворителях.При высоких температурах он связывается с кислородом с образованием окиси или двуокиси углерода. С помощью горячих окислителей, таких как азотная кислота и нитрат калия, получается метиловая кислота C ₆ (CO ₂ H) ₆. Из галогенов только фтор реагирует с элементарным углеродом. Большое количество металлов соединяется с элементом при высоких температурах с образованием карбидов.
Он образует три газообразных компонента с кислородом: монооксид углерода, CO, диоксид углерода, CO ₂ и недокись углерода, C ₃ O ₂.Два первых являются наиболее важными с промышленной точки зрения. Углерод образует соединения с галогенами с общей формулой CX ₄, где X — фтор, хлор, бром или йод. При температуре окружающей среды тетрафторид углерода является газом, тетрахлорид — жидкостью, а два других соединения — твердыми веществами. Известны также смешанные тетрагалогениды углерода. Наиболее важным из всех может быть дихлордифторметан, CCl ₂ F ₂, называемый фреоном.
Углерод в окружающей среде
Углерод и его компоненты широко распространены в природе.По оценкам, углерод составляет 0,032% земной коры. Свободный углерод находится в больших резервуарах, таких как каменный уголь, в аморфной форме элемента с другими сложными соединениями углерод-водород-азот. Чистый кристаллический углерод встречается в форме графита и алмаза.
Атмосфера Земли содержит постоянно увеличивающуюся концентрацию углекислого газа и окиси углерода, образующихся при сжигании ископаемого топлива, и метана (CH ₄), образующих рисовые поля и коров.
Нет элемента более важного для жизни, чем углерод, потому что только углерод образует прочные одинарные связи с самим собой, которые достаточно стабильны, чтобы противостоять химическому воздействию в условиях окружающей среды.Это дает углероду способность образовывать длинные цепи и кольца из атомов, которые являются структурной основой многих соединений, составляющих живую клетку, наиболее важной из которых является ДНК.
Углерод в больших количествах находится в виде соединений. Углерод присутствует в атмосфере в виде углекислого газа в количестве 0,03% по объему. Некоторые минералы, такие как известняк, доломит, гипс и мрамор, содержат карбонаты. Все растения и живые животные состоят из сложных органических соединений, в которых углерод сочетается с водородом, кислородом, азотом и другими элементами.Остатки живых растений и животных образуют месторождения: нефти, асфальта и битума. Залежи природного газа содержат соединения, образованные углеродом и водородом.
Приложение
У бесплатного элемента есть множество применений, в том числе для украшения бриллиантов в ювелирных изделиях или черного дымового пигмента в автомобильных дисках и чернил для принтера. Другая форма углерода, графит, используется в высокотемпературных тиглях, сухих электродах и электродах легкой дуги, для наконечников карандашей и в качестве смазки.Растительный углерод, аморфная форма углерода, используется в качестве поглотителя газа и отбеливающего агента.
Углеродные соединения имеют множество применений. Двуокись углерода используется для газирования напитков, в огнетушителях и, в твердом состоянии, в качестве охладителя (сухой лед). Окись углерода используется в качестве восстановителя во многих металлургических процессах. Тетрахлорметан и сероуглерод являются важными промышленными растворителями. Фреон используется в системах охлаждения. Карбид кальция используется для получения ацетилена; он используется для сварки и резки металлов, а также для приготовления других органических соединений.Другие металлические карбиды находят важное применение в качестве жаропрочных материалов и фрез для резки металла.
Влияние углерода на здоровье
Элементарный углерод имеет очень низкую токсичность. Представленные здесь данные об опасностях для здоровья основаны на воздействии сажи, а не элементарного углерода. Хроническое вдыхание сажи может привести к временному или необратимому повреждению легких и сердца.
Пневмокониоз обнаружен у рабочих, занятых на производстве технического углерода. Также сообщалось о кожных заболеваниях, таких как воспаление волосяных фолликулов и поражения слизистой оболочки полости рта в результате воздействия на кожу.
Канцерогенность — Технический углерод был включен Международным агентством по изучению рака (IARC) в Группу 3 (агент не классифицируется по его канцерогенности для человека).
Некоторые простые соединения углерода могут быть очень токсичными, например, оксид углерода (CO) или цианид (CN-).
Углерод 14 является одним из радионуклидов, участвующих в атмосферных испытаниях ядерного оружия, которые начались в 1945 году с испытаний в США и закончились в 1980 году с испытаний в Китае. Это один из долгоживущих радионуклидов, которые привели и будут вызывать повышенный риск рака в ближайшие десятилетия и столетия.Он также может проникать через плаценту, органически связываться с развивающимися клетками и, следовательно, подвергать опасности плод.
Большая часть того, что мы едим, состоит из соединений углерода, общее потребление углерода составляет 300 г / день. Пищеварение заключается в расщеплении этих соединений на молекулы, которые могут адсорбироваться на стенке желудка или кишечника. Там они переносятся кровью к участкам, где они используются или окисляются для высвобождения содержащейся в них энергии.
Воздействие углерода на окружающую среду
О негативном воздействии на окружающую среду не сообщалось.
Графитовые бриллианты

Назад к периодической таблице элементов
Для получения дополнительной информации о месте углерода в окружающей среде перейдите к углеродному циклу.
Чем могут отличаться графит и алмаз, если они оба состоят из чистого углерода?
Мириам Росси, профессор химии в колледже Вассар, дает следующее объяснение:
И алмаз, и графит полностью состоят из углерода, как и недавно обнаруженный бакминстерфуллерен (дискретная молекула в форме футбольного мяча, содержащая 60 атомов углерода).Однако способ расположения атомов углерода в пространстве у трех материалов разный, что делает их аллотропами углерода. Разные свойства углерода и алмаза возникают из-за их различных кристаллических структур.
В алмазе атомы углерода расположены тетраэдрически. Каждый атом углерода присоединен к четырем другим атомам углерода на расстоянии 1,544 x 10 ^-10 метров с валентным углом C-C-C 109,5 градусов. Это прочная, жесткая трехмерная структура, образующая бесконечную сеть атомов.Это объясняет твердость, необычайную прочность и долговечность алмаза, а также дает алмазу более высокую плотность, чем графит (3,514 грамма на кубический сантиметр). Благодаря своей тетраэдрической структуре алмаз также показывает большое сопротивление сжатию. Твердость кристалла измеряется по шкале, разработанной Фридрихом Моосом, которая ранжирует соединения по их способности царапать друг друга. Алмаз поцарапает все остальные материалы и является самым твердым из известных материалов (обозначен как 10 по шкале Мооса).Это лучший из известных нам проводников тепла, проводящий в пять раз больше, чем медь. Алмаз также проводит звук, но не проводит электричество; это изолятор, и его электрическое сопротивление, оптическая проницаемость и химическая инертность, соответственно, замечательны.
Кроме того, бриллианты рассеивают свет. Это означает, что показатели преломления для красного и фиолетового света разные (2,409 и 2,465 соответственно). В результате драгоценный камень действует как призма, разделяя белый свет на цвета радуги, а его дисперсия равна 0.056 (разница). Чем больше дисперсия, тем лучше получается спектр цветов. Это свойство порождает «огонь» алмазов. «Сияние» алмазов происходит от сочетания преломления, внутреннего отражения и рассеивания света. Например, для желтого света алмаз имеет высокий показатель преломления 2,4 и низкий критический угол 24,5 градуса. Это означает, что когда желтый свет переходит в алмаз и попадает во вторую грань изнутри под углом больше 24.5 градусов, он не может выйти из кристалла во внешний воздух, а вместо этого отражается обратно внутрь драгоценного камня.
Атомы углерода в графите также расположены бесконечным массивом, но они слоистые. Эти атомы взаимодействуют друг с другом двух типов. В первом случае каждый атом углерода связан с тремя другими атомами углерода и расположен по углам сети правильных шестиугольников с валентным углом C-C-C 120 градусов. Эти плоские конструкции простираются в двух измерениях, образуя горизонтальную шестиугольную решетку типа «проволочная сетка».Кроме того, эти плоские массивы удерживаются вместе более слабыми силами, известными как взаимодействия стекирования. Расстояние между двумя слоями больше (3,347 x 10 ^-10 метров), чем расстояние между атомами углерода внутри каждого слоя (1,418 x 10 ^-10 метров). Эта трехмерная структура объясняет физические свойства графита. В отличие от алмаза, графит можно использовать в качестве смазки или карандашей, потому что слои легко расслаиваются. Он мягкий и скользкий, а его твердость меньше единицы по шкале Мооса.Графит также имеет более низкую плотность (2,266 грамма на кубический сантиметр), чем алмаз.
No related posts.