以木材、煤、骨头或气态氢化合物,包括天然气等为原料,用隔绝空气加热或干馏等方法可以制得木炭、焦炭、骨炭和炭黑等多种无定形炭。无定形炭具有大的比表面(1g物质所具有的总表面积),能吸附许多物质在其表面上。经过活化处理的无定形炭,其比表面增大,有高的吸附能力,称为活性炭。它是常用的吸附剂,可用它净化空气、提纯物质,脱色和去臭等等。焦炭和木炭还用于冶金。
将某些固态无机物纤维化,其晶格缺陷减少,强度增大。用无机纤维增强树脂、塑料、橡胶或金属,制成的复合材料具有质量轻,耐高温、耐腐蚀和强度高和刚性好等特点,它们已成为当代新材料中的重要组成部分。现在已较普遍使用的无机纤维有:碳纤维、硼纤维和Al2O3纤维。将有机纤维如聚丙烯腈(腈纶)隔绝氧气加热至1273K以上即得到黑色、纤细而柔软的碳纤维。现在用沥青也能制成碳纤维。碳纤维是由金刚石和石墨碎片无秩序地连结而成的无定形炭。碳纤维增强树脂的强度为玻璃钢的5~6倍。在隔绝氧气的条件下加热到1773K,其强度也不下降。在惰性气氛中可使用到3273K以上。碳纤维增强塑料也一样。它们是当前用于飞机、汽车制造的主要轻质结构材料。用它制飞机、汽车部件,重量可减轻15~40%,航速加快,节省燃料。用于制火箭、导弹推进器和发动机外壳可以增加射程距离和装弹能力。碳纤维复合材料还用于制工业弹簧和体育器材。碳纤维本身可以用于人体中。在外科医疗上已尝试用它作韧带或腱植入人体内,它不仅是代用器官,还能被组织吸收甚至促进新组织生长。
碳不活泼,但无定形炭有大的比表面,比金刚石或石墨都活泼。碳的化学性质如下:
(1)炭在O2中燃烧,620K时,产物为CO2。炭能与F2直接化合,但不与其他卤素作用。
C(s)+2F2(g)=(加热)CF4(g)
(2)炭作为还原剂能与一些氧化物或氧化剂反应。如:
PbO(s)+C(s)=Pb(s)+CO(g)
Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)
H2O(g)+C(灼热)=CO(g)+H2(g)
2H2SO4(浓)+C(s)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O(l)
4HNO3(浓)+C(s)=CO2(g)+4NO2(g)+2H2O(l)
(3)炭在电炉中能与许多物质反应,得到CS2,SiC,Al4C3,CaF2和Fe3C等等。
C(s)+2S(s)=(电炉)CS2(l)
CaO(s)+3C(s)=(电炉)CaC2(s)+CO(g)