以木材、煤、骨頭或氣態(tài)氫化合物,包括天然氣等為原料,用隔絕空氣加熱或干餾等方法可以制得木炭、焦炭、骨炭和炭黑等多種無定形炭。無定形炭具有大的比表面(1g物質(zhì)所具有的總表面積),能吸附許多物質(zhì)在其表面上。經(jīng)過活化處理的無定形炭,其比表面增大,有高的吸附能力,稱為活性炭。它是常用的吸附劑,可用它凈化空氣、提純物質(zhì),脫色和去臭等等。焦炭和木炭還用于冶金。
將某些固態(tài)無機物纖維化,其晶格缺陷減少,強度增大。用無機纖維增強樹脂、塑料、橡膠或金屬,制成的復(fù)合材料具有質(zhì)量輕,耐高溫、耐腐蝕和強度高和剛性好等特點,它們已成為當(dāng)代新材料中的重要組成部分。現(xiàn)在已較普遍使用的無機纖維有:碳纖維、硼纖維和Al2O3纖維。將有機纖維如聚丙烯腈(腈綸)隔絕氧氣加熱至1273K以上即得到黑色、纖細(xì)而柔軟的碳纖維?,F(xiàn)在用瀝青也能制成碳纖維。碳纖維是由金剛石和石墨碎片無秩序地連結(jié)而成的無定形炭。碳纖維增強樹脂的強度為玻璃鋼的5~6倍。在隔絕氧氣的條件下加熱到1773K,其強度也不下降。在惰性氣氛中可使用到3273K以上。碳纖維增強塑料也一樣。它們是當(dāng)前用于飛機、汽車制造的主要輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。用它制飛機、汽車部件,重量可減輕15~40%,航速加快,節(jié)省燃料。用于制火箭、導(dǎo)彈推進器和發(fā)動機外殼可以增加射程距離和裝彈能力。碳纖維復(fù)合材料還用于制工業(yè)彈簧和體育器材。碳纖維本身可以用于人體中。在外科醫(yī)療上已嘗試用它作韌帶或腱植入人體內(nèi),它不僅是代用器官,還能被組織吸收甚至促進新組織生長。
碳不活潑,但無定形炭有大的比表面,比金剛石或石墨都活潑。碳的化學(xué)性質(zhì)如下:
(1)炭在O2中燃燒,620K時,產(chǎn)物為CO2。炭能與F2直接化合,但不與其他鹵素作用。
C(s)+2F2(g)=(加熱)CF4(g)
(2)炭作為還原劑能與一些氧化物或氧化劑反應(yīng)。如:
PbO(s)+C(s)=Pb(s)+CO(g)
Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)
H2O(g)+C(灼熱)=CO(g)+H2(g)
2H2SO4(濃)+C(s)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O(l)
4HNO3(濃)+C(s)=CO2(g)+4NO2(g)+2H2O(l)
(3)炭在電爐中能與許多物質(zhì)反應(yīng),得到CS2,SiC,Al4C3,CaF2和Fe3C等等。
C(s)+2S(s)=(電爐)CS2(l)
CaO(s)+3C(s)=(電爐)CaC2(s)+CO(g)