koolstofallotrope

Koolstofallotrope zijn de verschillende vormen waarin koolstof kan bestaan, met dezelfde chemische samenstelling maar een andere kristalstructuur of ordening. De belangrijkste allotropen zijn diamant, grafiet, fullerenen, koolstofnanobuizen en amorf koolstof.

Diamant heeft een kristallijne structuur van tetrahedraal gebonden koolstofatomen (sp3). Deze bindingswijze maakt diamant extreem hard, met een hoog smelt- en kookpunt en een zeer geringe elektrische geleidbaarheid. Toepassingen vinden plaats in snij- en slijpgereedschappen en als edelsteen.

Grafiet bestaat uit lagen van koolstofatomen in zeshoeken die onderling verbonden zijn door sp2-bindingen. De lagen zijn zwak gebonden aan elkaar, waardoor ze gemakkelijk ten opzichte van elkaar kunnen glijden. Dit geeft grafiet smerende eigenschappen en het is een goede elektrische geleider in het vlak van de laag.

Fullerenen zijn moleculen waarin koolstofatomen zijn gerangschikt in gesloten cages, zoals C60, de Buckminsterfullereen. Ze vormen een familie van sferische of ellipsoïde structuren met unieke elektronische en optische eigenschappen en hebben toepassingen in materiaalkunde en biomedisch onderzoek.

Koolstofnanobuizen (CNTs) bestaan uit één of meerdere wanden van koolstof die een cilindrische structuur vormen. CNTs hebben een hoge treksterkte, uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid en worden toegepast in versterkingen, elektronica en sensoren.

Amorf koolstof omvat vormen zonder long-range orde, zoals soot en bepaalde koolstoffilters. Een subcategorie is diamond-like carbon (DLC), een amorfe koolstoflaag met gemengde sp2- en sp3-bindingen.

Deze allotropen ontstaan onder verschillende druk- en temperatuursomstandigheden en kunnen, onder bepaalde omstandigheden, in elkaar overgaan. De studie van koolstofallotroop heeft geleid tot brede toepassingen in industrie en nanotechnologie.