Въглеродът е основен елемент, открит във всичко - от диаманти до стомана. Това е не само решаващо по природа и наука за живота, но и в инженерството, производство, и материалознание. Едно от най -важните физически свойства, които определят как се държи въглеродът в различни форми, е неговият плътност.
Тази статия се гмурка дълбоко в плътност на въглерод, покривайки различните му алотропи, сплави на базата на въглерод, влияещи на фактори, Методи за измерване, и още.
Какво е Cabron?
Въглеродът съществува в много различни форми - както като чисти елементарни структури (наречен алотропи) и като част от сплави В индустриални материали като стомана. Тези различни форми варират значително по структура и следователно в плътност.
Разбирането на плътността на въглерода в многобройните му форми помага на инженерите, химици, и дизайнерите избират правилния материал за правилното приложение, особено там, където силата, тегло, или проводимостта има значение.
Плътност на алотропи на въглерод
Алотропите са различни структурни форми на един и същ елемент. За въглерод, алотропите включват добре известни форми като диамант, графит, Графен, и въглеродни нанотръби, между другото.
Ето таблица, обобщаваща плътността на различни въглеродни алотропи:
| Алотроп | Плътност (g/cm³) | Ключови характеристики |
| Диамант | 3.51 | Тетраедрична структура; най -трудният естествен материал, Отличен изолатор |
| Lonsdaleite (Шестнадесетичен диамант) | 3.41 | Подобно на Diamond; образувани при метеоритни въздействия |
| Графен | 2.31 | Въглероден слой с един атом; изключителна проводимост и гъвкавост |
| Графит | 2.10 | Слоеста равнинна структура; провежда електричество; Използва се при смазочни материали и моливи |
| Аморфен въглерод | 1.90 | Некристални форми като въглища, Сажди, или въглеродно черно |
| Пълните (C60) | 1.71 | Молекули, оформени като сфери или тръби; Добри акцептори на електрон |
| Buckminsterfullerene | 1.70 | Молекула с форма на футболна топка; провежда електричество, потенциални медицински употреби |
| Карбофен | 1.42 | 2D Ковалентна органична структура със смесени форми на пръстен |
| Въглеродни нанотръби | 1.35 | Цилиндрични наноструктури; Висока якост на опън и топлопроводимост |
🧪 Забележка: Алотропите се различават поради това как въглеродните атоми се свързват и подреждат, Въпреки че са направени от един и същи елемент.
Плътност на въглеродните сплави
Въглеродът също се намира в различни Метални сплави, особено в въглеродна стомана, което е основен елемент в строителството и производството поради силата и достъпността му.
| Въглеродна сплав | Плътност (g/cm³) | Забележки |
| Въглеродна стомана | 7.8 – 8.1 | Основна конструкционна стомана, силен и универсален |
| Ниско въглеродна стомана | 7.8 – 8.1 | Съдържа по -малко въглерод, по -пластични и заварени |
| Средно въглеродна стомана | 7.8 – 8.1 | Балансирана сила и здравина |
| Високовъглеродна стомана | 7.8 – 8.1 | Много трудно, Използва се в инструменти и пружини |
🔍 Тези плътности са много по -високи от тези на чистия въглероден алотропи поради присъствието на желязо и други тежки елементи в сплавта.
Фактори, влияещи върху плътността на въглерода
Плътността на въглерода, особено в композитни и фибри форми, може да варира в зависимост от множество фактори:
➤ Атомна структура
Кристалната или решетъчната структура влияе върху това колко плътно са опаковани атомите. По -строги облигации (Като в Diamond) водят до по -висока плътност.
➤ Метод на производство
Високотемпературното или производството с високо налягане може да компресира конструкцията повече, което води до по -плътни въглеродни материали. например, Синанният въглерод има по -висока плътност от формования въглерод.
➤ Вид въглеродни влакна
Въглеродните влакна варират от стандартен клас до висок модул. Плътността може да варира от 1.75 g/cm³ до 1.93 g/cm³, в зависимост от подравняването и чистотата.
➤ Смоли и свързващи вещества
Във въглеродните композити, Добавените смоли или матрични материали също влияят на крайната плътност. Епоксидните смоли могат да увеличат или намалят плътността в зависимост от съотношението на обема.
Методи за измерване на въглеродната плътност
Измерването на плътността на въглерода включва както директни, така и косвени техники. Всеки метод е избран въз основа на формата и предназначена употреба на въглеродната проба.
🔹 Ултразвуково измерване
Неразрушителен метод.
Измерва скоростта на звука чрез материала.
Използва се за подсилен от влакна или композитен въглерод.
🔹 Анализ на визуалната искра
Наблюдава модели на искра, създадени чрез смилане на въглеродни проби.
Използва се най -вече в металургия и контрол на качеството.
🔹 Инфрачервена абсорбция
Изгаря въглерод в кислород и анализира освобождаването на газ.
Точна, но отнемаща време.
🔹 Рентгенова флуоресценция (Xrf)
Неинвазивен, използва радиация за анализ на състава.
Често срещани за прахообразни или повърхностни въглеродни материали.
🔹 Оптична емисионна спектроскопия (OES)
Използва електрическа дъга за изпаряване на пробата.
Бързо (~ 30 секунди), но повърхностното замърсяване може да повлияе на точността.
Заключение
Плътността на въглерода не е фиксирана. то варира значително въз основа на формата му - вариране от Леки наноструктури да се плътни кристални твърди частици Като Diamond. Формата, Метод на обработка, и добавки (В случай на сплави или композити) Всички влияят на крайната плътност.
Като разбирате как и защо се променя плътността на въглерода, Инженери и учени могат да вземат по -добри решения в области като космическото пространство, електроника, Биомедицина, и строителство.
Често задавани въпроси
1. Колко гъст е чист въглерод?
Средното е наоколо 2.2 g/cm³, но варира в зависимост от алотроп.
2. Е плътността същата като атомното тегло?
не. Атомно тегло е ~ 12.011 u, докато плътност е маса/обем (напр., g/cm³).
3. Е въглерод с висока или ниска плътност?
Въглеродът е със среден диапазон-отстъпка от елементи като литий (0.53 g/cm³), но по -малко гъсти от металите като желязо или мед.
4. Каква е плътността на въглерод-12?
Грубо 2× 10⁷ kg/m³ при екстремно компресия, като в астрофизични контексти.
5. Каква е плътността на въглерод-14?
Подобно на Carbon-12: наоколо 2.2 g/cm³ в материална форма.
6. Който алотроп има най -висока плътност?
Диамант, при 3.51 g/cm³, е най -гъста сред естествено срещащите се въглеродни форми.
7. Как се изчислява плътността на въглеродните въглеродни?
Употреба:
Плътност = Маса / Обем
Единиците обикновено включват g/cm³ или kg/m³.
🔗 Свързани ресурси
Плътност на неръждаема стомана - върхове
Плътност на среброто - върхове
Плътност на алуминия - върхове
