Karbid: formel, applikation och egenskaper

Många olika kemiska föreningar är kända i världen: ungefär hundratals miljoner. Och alla, som människor, är individuella. Du kan inte hitta två ämnen som har samma kemiska och fysikaliska egenskaper för olika kompositioner.

En av de mest intressanta oorganiska ämnena som finns i världen är karbider. I denna artikel kommer vi att diskutera deras struktur, fysikaliska och kemiska egenskaper, tillämpning och analysera detaljerna i deras produktion. Men först, lite om historien om upptäckten.

berättelse

Metallkarbider, formlerna som vi kommer att ge nedan, är inte naturliga föreningar. Detta beror på att deras molekyler tenderar att sönderfalla när de interagerar med vatten. Därför är det här värt att prata om de första försöken att syntetisera karbider.

Sedan 1849 har det hänvisats till syntesen av kiselkarbid, men några av dessa försök förblir okända. Storskalig produktion började 1893 av amerikanska kemisten Edward Acheson på ett sätt som senare namngavs efter honom.

Historien om syntesen av kalciumkarbid är inte heller mycket annorlunda. År 1862 fick han en tysk kemiker, Friedrich Wöhler, värme smält zink och kalcium med kol.

Låt oss nu gå vidare till mer intressanta sektioner: kemiska och fysiska egenskaper. De är trots allt kärnan i tillämpningen av denna klass av ämnen.

Fysiska egenskaper

Absolut alla karbider skiljer sig åt i hårdheten. Till exempel är en av de mest fasta ämnena på Mohs-skalan volframkarbid (9 av 10 möjliga poäng). Dessutom är dessa ämnen mycket eldfasta: Smältpunkten hos några av dem når två tusen grader.

De flesta karbider är kemiskt inerta och interagerar med en liten mängd ämnen. De är inte lösliga i lösningsmedel. Samspelet med vatten kan dock betraktas som upplösning, med förstöringen av bindningar och bildandet av en hydroxid av en metall och ett kolväte.

Den sista reaktionen och många andra intressanta kemiska omvandlingar med karbider kommer att diskuteras i nästa avsnitt.

Kemiska egenskaper

Nästan alla karbider reagerar med vatten. Vissa är lätta och utan uppvärmning (till exempel kalciumkarbid) och vissa (till exempel kiselkarbid) - när vattenångan värms upp till 1800 grader. Reaktivitet i detta fall beror på bindningens art i föreningen, som vi kommer att prata om senare. Vid reaktionen med vatten bildas olika kolväten. Detta händer eftersom väte som finns i vattnet är kopplat till kolet i karbid. För att förstå vilken typ av kolväte som erhålles (eller om både den begränsande och omättade föreningen kan erhållas) kan man fortsätta från valensen av kolet i den ursprungliga substansen. Om vi till exempel har kalciumkarbid, vars formel är CaC2, ser vi att den innehåller jon C2 ^2- . Detta innebär att två vätejoner med en laddning + kan fästas på den. Således erhåller vi föreningen C2H2-acetylen. På samma sätt, från en förening som aluminiumkarbid, vars formel är Al ₄ C ₃ , får vi CH ₄ . Varför inte C ₃ H ₁₂ , frågar du? När allt är jon har en laddning på 12-. Faktum är att det maximala antalet väteatomer bestäms av formeln 2n + 2, där n är antalet kolatomer. Därför kan det endast existera en förening med formeln C3H8 (propan) och den jonen med en laddning av 12-decayer i tre joner med en laddning av 4, som de ger när de kombineras med protonerna i metanmolekylen.

Intressant är oxidationsreaktionerna av karbider. De kan inträffa både under påverkan av starka oxidationsblandningar och vid vanlig förbränning i en syreatmosfär. Om med syre är allt klart: två oxider erhålls, då med andra oxidationsmedel är det mer intressant. Allt beror på naturen hos metallen som är en del av karbid, och också på oxidantens natur. Till exempel bildar kiselkarbid, vars formel SiC, när den interagerar med en blandning av salpetersyra och fluorvätesyror, bildar hexafluorsilicinsyra med utsläpp av koldioxid. Och när vi utför samma reaktion, men bara med salpetersyra, får vi kiseloxid och koldioxid. Oxidationsmedel kan också innefatta halogener och chalkogener. Med dem samverkar någon karbid, beror reaktionsformeln endast på dess struktur.

Metallkarbider, de formuleringar som vi har övervägt, är inte de enda företrädarna för denna klass av föreningar. Nu ska vi titta närmare på varje industriellt viktig kombination av denna klass och sedan prata om deras tillämpning i vårt liv.

Vad är karbider?

Det visar sig att karbid, vars formel säger, CaC _2, skiljer sig i struktur från SiC. Och skillnaden är huvudsakligen i samband med bindningen mellan atomerna. I det första fallet handlar det om en saltliknande karbid. Denna klass av föreningar benämns så eftersom den faktiskt uppträder som ett salt, det vill säga det är kapabelt att dissociera i joner. En sådan jonbindning är mycket svag, vilket gör det enkelt att genomföra hydrolysreaktionen och många andra omvandlingar som involverar interaktioner mellan joner.

En annan förmodligen viktigare karbidkarbid är kovalenta karbider: såsom exempelvis SiC eller WC. De kännetecknas av hög densitet och styrka. Samt eldfasta och inerta för utspädda kemikalier.

Det finns också metallliknande karbider. De kan snarare betraktas som legeringar av metaller med kol. Bland dessa kan vi skilja exempelvis cementit (järnkarbid, vars formel varierar, men är i genomsnitt ungefär lika: Fe ₃ C) eller gjutjärn. De har kemisk aktivitet, mellanliggande i sin grad mellan joniska och kovalenta karbider.

Var och en av dessa underarter av klassen av kemiska föreningar som vi diskuterar har sin praktiska tillämpning. Om hur och var var och en av dem gäller kommer vi att prata i nästa avsnitt.

Praktisk tillämpning av karbider

Som vi redan har diskuterat har kovalenta karbider det största utbudet av praktiska tillämpningar. Dessa inkluderar slipmedel och skärmaterial och kompositmaterial som används i olika områden (till exempel som ett av materialen som ingår i kroppspansar) och bildelar, elektroniska apparater, värmeelement och kärnkraft. Och det här är inte en komplett lista över tillämpningar av dessa superhärdiga karbider.

Den smalaste användningen är tillverkad av saltbildande karbider. Deras reaktion med vatten används som ett laboratorieförfarande för erhållande av kolväten. Hur det händer har vi redan demonterat ovan.

Tillsammans med kovalenta, metallliknande karbider har den bredaste tillämpningen inom industrin. Som vi redan har sagt är en sådan metalliknande typ av föreningar vi diskuterar stål, gjutjärn och andra föreningar av metaller med kolimpregnering. Metallen som ingår i sådana ämnen hör som regel till d-metallen. Det är därför som han är benägen att bilda inte kovalenta bindningar, men som att det skulle tränga in i metallets struktur.

Enligt vår mening finns det mer än tillräckligt praktiska tillämpningar för ovan nämnda föreningar. Låt oss nu ta en titt på processen att få dem.

Framställning av karbider

De två första typerna av karbider som vi har ansett, nämligen kovalenta och saltliknande, erhålls oftast på ett enkelt sätt: genom reaktion av elemental oxid och koks vid hög temperatur. Samtidigt kombineras en del av koks som består av kol med elementatomen i oxiden och bildar karbid. Den andra delen "tar" syre och bildar kolmonoxid. Denna metod är mycket energiintensiv, eftersom den kräver en hög temperatur (ca 1600-2500 grader) i reaktionszonen.

För att erhålla vissa typer av föreningar används alternativa reaktioner. Till exempel sönderdelning av föreningen, som så småningom ger karbid. Reaktionsformeln beror på den specifika föreningen, så vi kommer inte att diskutera det.

Innan vi fyller i vår artikel kommer vi att diskutera några intressanta karbider och prata mer om dem.

Intressanta föreningar

Natriumkarbid. Formeln för denna förening är C2Na2. Detta kan mer sannolikt representeras som acetylid (det vill säga produkten av substitution av väteatomer i acetylen för natriumatomer) och inte karbid. Kemisk formel återspeglar inte fullständigt dessa subtiliteter, så de måste sökas i strukturen. Det är en väldigt aktiv substans och, vid vilken som helst kontakt med vatten, samverkar mycket aktivt med det för att bilda acetylen och alkali.

Magnesiumkarbid. Formel: MgC2. Metoder för att erhålla denna tillräckligt aktiva förening är intressanta. En av dem föreslår sintring av magnesiumfluorid med kalciumkarbid vid hög temperatur. Som ett resultat erhålls två produkter: kalciumfluorid och karbid som vi behöver. Formeln för denna reaktion är ganska enkel, och du kan, om du vill, läsa den i specialiserad litteratur.

Om du inte är säker på materialets användbarhet i artikeln är nästa avsnitt för dig.

Hur kan det vara användbart i livet?

Tja, först kan kunskap om kemiska föreningar aldrig vara överflödig. Det är alltid bättre att vara beväpnad med kunskap än att förbli utan det. För det andra, ju mer du vet om förekomsten av vissa föreningar, desto bättre förstår du mekanismen i deras bildning och de lagar som tillåter dem att existera.

Innan jag går till slutet vill jag ge några rekommendationer om studien av detta material.

Hur studerar du detta?

Det är väldigt enkelt. Detta är bara en sektion av kemi. Och det bör studeras enligt kemihandböckerna. Börja med skolinformation och gå vidare till mer djupgående, från läroböcker och referensböcker.

slutsats

Det här ämnet är inte så enkelt och tråkigt som det verkar vid första anblicken. Kemi kan alltid bli intressant om du hittar ditt mål i det.