研究碳原子结构关系的名词用 “碳”,例如碳键、碳链、碳环等。为提高机械零件表面的耐磨性,采用渗碳法(c ementation,carburizing)提高表面层的含碳量,再经淬火热处理提 高硬度,从而增加其耐磨性。该方法采用粉状木炭(焦炭或无烟煤)覆盖需加硬的部分,在高温 下加热一定时间,木炭中的碳原子扩散固溶于铁原子中成为奥氏体,但木炭中的无机物灰分则 遗留在外(当然,木炭中的有机物及水分挥发逸散)。此物理过程称为渗碳而不能称为渗炭。转 炉炼钢吹炼末期,钢液含碳较低。如欲炼高碳钢,则向钢包中钢液投入粉状木炭(焦炭或无烟 煤),木炭中的碳溶入钢液,而其中的灰分则溶入熔渣。此物理过程称为增碳(recarbu rization)而不能称为增炭。体中含有尘埃,所以纤维内留有少量灰分无法去除。随 着原料、造丝工艺及碳化条件(包括温度、碳化速度及环境)的不同,纤维所含的碳量在 90~ 99%范围内波动。含碳纤维为符合习惯应称“炭纤维”。所织成的成品应称炭制 品,如炭布、炭毯等。炭纤维中炭和碳的关系可由式(3)表达:炭=碳+有机化合物(未碳化)及分 解物+无机物(灰分,来自环境)+水分(吸自大气)(3)石墨化的炭纤维不吸水。 由于高温,石墨化的 炭纤维含未碳化的有机化合物及分解物也较少。由有机化合物经热解碳化的炭黑,其中炭、 碳的关系也由式(3)表达。又如炼钢过程是降低铁液中含碳的氧化过程。此化学反应称为脱 碳(decarburiza tion),因为是碳和氧的化学反应。至于有机化合物加热分 解沉积成碳的碳化反应(过程)(carbonization)绝不能称为“炭” 化,因为分解沉积的是碳。 后者和未分解的原有机物,部分分解的新有机物,环境带入的无机灰 分以及自空气吸入的水分,合并组成含碳物质,根据用字的习惯,此有杂质的含碳物质称为 “炭物质”,例如炭黑,活性炭等等。
六、高纯碳及原子级碳“金无足赤”,古有名言。自然界存在的天然金含银、铜, 天然铜含锌、锡,最纯的天然石墨仍含 3~4%灰分。但化学家经常在研究发明元素提纯的各 种方法。例如光谱纯石墨电极是由光谱纯或高纯碳制得。所谓“高纯”系指高于 “化学纯”的纯度,也即大于 99.9999%C、小于 1ppm杂质的C,因而称为碳。 原料通常采用石油焦。近代发明碳 60(C60,富勒烯,fullerene),系由 60~70 碳原 子组成的内空外呈球形的结构体。曾有学者建议称为碳的第 4 个同素异形体。但尚无定论。 纳米碳管是由小于 50 纳米的,由 1 至几个碳原子自弯成管的碳结构体。 它是由特殊方法,用高 新技术和设备,在特殊条件(高温、无尘埃的真空或氩气)下制成。
七、碳、炭二字应予分别选用在已发现的 109 种元素中,其中气态元素 11 种,如氢、氦、氮、 氧、 氩等,均冠以“气”首。 氯、 液态元素两种,即溴、 汞,两字带有“氵” 及“水”。固态元素分两类,即非金属固态元素 10 种,如硼、碳、硅、磷、硫、砷 等,诸字含义具体情况,分别选用。
八、结论根据化学组成,考虑我国国情,建议对“碳”、“炭”二词按 下列原则分别选用。
1 碳是一种元素,碳=100%C。凡涉及化学元素C的名词均用“碳”,例举如下:(1) 碳的化合物,如碳化钙、碳酸钠等。(2)以碳命名的钢称碳钢(又名碳素钢)。(3)结构化学的名 词,如碳键、碳链、碳环等。(4)参加物理过程的C,如渗碳、增碳等。(5)参加化学反应的C, 如脱碳、碳化等。(6)99.9999%C,如光谱纯碳。(7)原子级C,如碳 60、纳米碳管等。