Carbide: formula, aplicație și proprietăți

O mulțime de compuși chimici diferiți sunt cunoscuți în lume: aproximativ sute de milioane. Și toți, ca oamenii, sunt individuali. Nu puteți găsi două substanțe care au aceleași proprietăți chimice și fizice pentru diferite compoziții.

Una dintre cele mai interesante substanțe anorganice existente în lume este carburile. În acest articol vom discuta despre structura lor, proprietățile fizice și chimice, aplicația și analiza detaliilor producției lor. Dar mai întâi, puțin despre istoria descoperirii.

poveste

Carbizii de metale, formulele pe care le vom da mai jos, nu sunt compuși naturali. Acest lucru se datorează faptului că moleculele lor tind să se dezintegreze atunci când interacționează cu apa. Prin urmare, aici merită să vorbim despre primele încercări de a sintetiza carburile.

Pornind de la 1849 există referiri la sinteza de carbură de siliciu, cu toate acestea, unele dintre aceste încercări rămân nerecunoscute. Producția pe scară largă a început în 1893 de către un chimist american Edward Acheson într-un mod care mai târziu a fost numit după el.

Istoria sintezei carburii de calciu nu este, de asemenea, foarte diferită. În 1862, el a primit un chimist german, Friedrich Wöhler, încălzind fuzionat zinc și calciu cu cărbune.

Acum, hai să trecem la secțiuni mai interesante: proprietățile chimice și fizice. La urma urmei, acestea sunt esența aplicării acestei clase de substanțe.

Proprietăți fizice

Absolut toate carburile diferă în funcție de duritatea lor. De exemplu, una dintre cele mai multe scara Mohs este carbură de tungsten (9 din 10 puncte posibile). În plus, aceste substanțe sunt foarte refractare: punctul de topire al unora dintre ele atinge două mii de grade.

Cele mai multe carburi sunt inerte chimic și interacționează cu o cantitate mică de substanțe. Ele nu sunt solubile în nici un solvent. Cu toate acestea, interacțiunea cu apa poate fi privită ca dizolvare, cu distrugerea legăturilor și formarea unui hidroxid dintr-un metal și o hidrocarbură.

Ultima reacție și multe alte transformări chimice interesante care implică carburi vor fi discutate în secțiunea următoare.

Proprietăți chimice

Aproape toate carburile reacționează cu apa. Unele sunt ușor și fără încălzire (de exemplu, carbură de calciu), și unele (de exemplu, carbură de siliciu) - atunci când vaporii de apă sunt încălzite la 1800 de grade. Reactivitatea în acest caz depinde de natura legăturii în compus, despre care vom vorbi mai târziu. În reacția cu apa se formează hidrocarburi diferite. Acest lucru se întâmplă deoarece hidrogenul conținut în apă este conectat la carbonul din carbură. Pentru a înțelege ce se întâmplă hidrocarburi (așa cum se poate întâmpla ca limitativă, și compusul nesaturat), este posibil, pe baza valenței carbonul conținut în materia primă. De exemplu, dacă avem carbură de calciu, a cărei formulă este CaC₂, vedem că conține ionul C₂^2-. Prin urmare, doi ioni de hidrogen cu o sarcină + pot fi atașați la acesta. Astfel, obținem compusul C₂H₂ - acetilenă. În același mod, dintr-un compus cum ar fi carbură de aluminiu, formula din care Al₄C₃, obținem CH₄. De ce nu C₃H₁₂, vă întrebați? La urma urmei, ionul are o încărcătură de 12-. Faptul este că numărul maxim de atomi de hidrogen este determinat de formula 2n + 2, unde n este numărul de atomi de carbon. Prin urmare, nu poate exista decât un compus cu formula C₃H₈ (propan) și acel ion cu o încărcătură de 12 atomizări în trei ioni cu o încărcătură de 4, pe care le dau atunci când se combină cu protonii moleculei de metan.

Interesante sunt reacțiile de oxidare ale carburilor. Ele pot apărea atât sub influența amestecurilor puternice de oxidanți, cât și în combustia obișnuită într-o atmosferă de oxigen. Dacă cu oxigen totul este clar: se obțin două oxizi, apoi cu alți oxidanți este mai interesant. Totul depinde de natura metalului care face parte din carbură și de natura oxidantului. De exemplu, carbură de siliciu, a cărei formulă este SiC, la interacțiunea cu un amestec de azot și azot acid fluorhidric formează acidul hexafluorosilicic cu eliberarea dioxidului de carbon. Și când efectuăm aceeași reacție, dar numai cu acid azotic, ajungem oxid de siliciu și dioxidul de carbon. Oxidatorii pot include, de asemenea, halogeni și calcinoizi. Cu ele, orice carbură interacționează, formula de reacție depinde numai de structura sa.

Carbidele metalice, formulele pe care le-am considerat, nu sunt în nici un caz singurele reprezentanți ai acestei clase de compuși. Acum vom analiza mai atent fiecare combinație importantă din această clasă industrială și apoi vom vorbi despre aplicarea lor în viața noastră.

Ce sunt carburile?

Se pare că carbidul, formula de care, să zicem, CaC₂ diferă substanțial în structură de SiC. Și diferența este în primul rând în natura legăturii dintre atomi. În primul caz, avem de-a face cu un carbid de sare. Această clasă de compuși este numită așa deoarece se comportă în fapt ca o sare, adică este capabilă să se disocieze în ioni. O astfel de legătura ionică este foarte slabă, ceea ce o face ușor reacția de hidroliză și multe alte transformări care implică interacțiuni între ioni.

Alt tip de carbură probabil mai important este carburile covalente, cum ar fi, de exemplu, SiC sau WC. Acestea se caracterizează prin densitate și forță ridicată. Ca și materiale refractare și inerte pentru diluarea substanțelor chimice.

Există și carburi metalice. Ele pot fi considerate mai degrabă aliaje de metale cu carbon. Printre acestea pot fi identificate, de exemplu, carbură de cementită (fier, a cărei formulă poate fi diferit, dar este de aproximativ media: Fe₃C) sau fontă. Ei au o activitate chimică intermediară în gradul lor între carburi ionice și covalente.

Fiecare dintre aceste subspecii din clasa de compuși chimici pe care îl discutăm are aplicația sa practică. Despre cum și unde se aplică fiecare, vom vorbi în secțiunea următoare.

Aplicarea practică a carburilor

Așa cum am discutat, carburilor covalente au cea mai mare gamă de aplicații practice. Aceste materiale abrazive sau materiale de tăiere și compozite utilizate în diverse domenii (de exemplu, ca unul dintre materialele care formează armătura corp) și piese auto, și instrumente electronice și elementele de încălzire, și energia nucleară. Și acest lucru este departe de o listă completă a aplicațiilor acestor carburi superhardice.

Cea mai îngustă utilizare se face în cazul carburilor care formează sare. Reacția lor cu apă este utilizată ca metodă de laborator pentru producerea de hidrocarburi. Modul în care se întâmplă, ne-am desființat deja de mai sus.

Împreună cu carburile metalice, covalente, au cea mai largă aplicație în industrie. Așa cum am spus, acest tip de metal de contact ale compușilor subiect sunt din oțel, fier și alți compuși metalici cu incluziuni de carbon. De regulă, metalul conținut în astfel de substanțe aparține clasei de metale d. De aceea el este înclinat să nu formeze legături covalente, ci ca să pătrundă în structura metalului.

În opinia noastră, există mai mult decât suficiente aplicații practice pentru compușii menționați mai sus. Acum, să ne uităm la procesul de obținere a acestora.

Producția de carburi

Primele două tipuri de carburi pe care le-am considerat, și anume covalentă și saltlike preparate mai un mod simplu: prin reacția oxidului elementului și cocs la temperaturi ridicate. În această parte a cocsului, compus din atomul de carbon este legat la un element compus din oxid, carbură și forme. Cealaltă parte "ia" oxigenul și formează monoxid de carbon. Un astfel de proces este consumul de energie foarte, deoarece necesită menținerea unei temperaturi ridicate (de ordinul 1600-2500 grade), în zona de reacție.

Pentru a obține anumite tipuri de compuși, se folosesc reacții alternative. De exemplu, descompunerea compusului, care în final dă carbură. Formula de reacție depinde de compusul specific, deci nu o vom discuta.

Înainte de a completa articolul, vom discuta despre unele carburi interesante și vom vorbi despre ele în detaliu.

Compuși interesanți

Carbură de sodiu. Formula pentru acest compus C₂na₂. Acest lucru poate fi reprezentat mai mult ca acetilidă (adică produsul de substituție a atomilor de hidrogen în acetilenei peste atomii de sodiu), mai degrabă decât de carbură. Formula chimică nu reflectă pe deplin aceste subtilități, deci ele trebuie căutate în structură. Este o substanță foarte activă și, în orice contact cu apa, interacționează foarte activ cu ea pentru a forma acetilenă și alcali.

Carbură de magneziu. Formula: MgC₂. Sunt interesante metode de preparare a acestui compus suficient de activ. Unul dintre ele sugerează sinterizarea fluorurii de magneziu cu carbură de calciu la temperaturi ridicate. Ca rezultat, se obțin două produse: fluorura de calciu și carbură de care avem nevoie. Formula pentru această reacție este destul de simplă și puteți, dacă doriți, să o citiți în literatura de specialitate.

Dacă nu sunteți sigur de utilitatea materialului din articol, atunci următoarea secțiune este pentru dvs.

Cum poate fi aceasta utilă în viață?

În primul rând, cunoașterea compușilor chimici nu poate fi niciodată superfluă. Este întotdeauna mai bine să fii înarmat cu cunoștințe decât să rămâi fără el. În al doilea rând, cu cât știți mai mult despre existența anumitor compuși, cu atât mai bine înțelegeți mecanismul formării lor și legile care le permit să existe.

Înainte de a ajunge la final, aș dori să fac câteva recomandări cu privire la studiul acestui material.

Cum să studiezi asta?

Este foarte simplu. E doar o secțiune de chimie. Și ar trebui să fie studiat în conformitate cu manualele de chimie. Începeți cu informațiile despre școală și mergeți la mai multe detalii, de la manualele universitare și cărțile de referință.

concluzie

Acest subiect nu este atât de simplu și plictisitor cum pare la prima vedere. Chimia poate deveni intotdeauna interesanta, daca gasiti ca este scopul.