يوجد في العالم الكثير من المواد الكيميائية المختلفةالمركبات: من مئات الملايين. وكلهم كأفراد هم أفراد. من المستحيل العثور على مادتين تتطابق فيه الخواص الكيميائية والفيزيائية مع تركيبات مختلفة.
واحدة من أكثر المواد غير العضوية إثارة للاهتمامالموجودة في هذا العالم هي كربيدات. في هذه المقالة سوف نناقش هيكلها ، وخصائصها الفيزيائية والكيميائية ، وتطبيق وتحليل التفاصيل الدقيقة لإعدادها. لكن أولاً ، القليل عن تاريخ الاكتشاف.
كربيد المعادن ، التي نقدمها الصيغأدناه ليست مركبات طبيعية. هذا يرجع إلى حقيقة أن جزيئاتها تميل إلى التحلل عند التفاعل مع الماء. لذلك ، يجدر الحديث عن المحاولات الأولى لتجميع كربيد.
بدءًا من عام 1849 ، هناك إشارات إلى التوليفكربيد السيليكون ، ومع ذلك ، لا تزال بعض هذه المحاولات غير معترف بها. بدأ الإنتاج الواسع النطاق في عام 1893 بواسطة الكيميائي الأمريكي إدوارد أتشيسون بالطريقة ، والتي سميت بعد ذلك باسمه.
لا يختلف تاريخ تركيب كربيد الكالسيوم أيضًا في كمية كبيرة من المعلومات. في عام 1862 ، تم استلامه من قبل الكيميائي الألماني فريدريك فولر ، حيث تم تسخين الزنك والكالسيوم بالفحم.
الآن دعنا ننتقل إلى أقسام أكثر إثارة للاهتمام: الخصائص الكيميائية والفيزيائية. بعد كل شيء ، فإنهم يكمنون في أن جوهر استخدام هذه الفئة من المواد يكمن.
بالتأكيد تتميز جميع الكربيدات بصلابتها.على سبيل المثال ، أحد أصعب المواد على مقياس موس هو كربيد التنغستن (9 من أصل 10 نقاط ممكنة). بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه المواد مقاومة للغاية: تصل درجة انصهار بعضها إلى ألفي درجة.
معظم الكربيدات خاملة كيميائيا وتتفاعل مع كمية صغيرة من المواد. وهي غير قابلة للذوبان في أي مذيبات. ومع ذلك ، يمكن اعتبار الذوبان تفاعلًا مع الماء مع تدمير الروابط وتشكيل هيدروكسيد المعادن والهيدروكربون.
سنناقش أحدث رد فعل والعديد من التحولات الكيميائية الأخرى المثيرة للاهتمام التي تنطوي على كربيدات في القسم التالي.
تتفاعل جميع الكربيدات تقريبًا مع الماء.البعض - بسهولة وبدون تسخين (على سبيل المثال ، كربيد الكالسيوم) ، والبعض الآخر (على سبيل المثال ، كربيد السيليكون) - عند تسخين بخار الماء إلى 1800 درجة. تعتمد التفاعلية في هذه الحالة على طبيعة الرابطة في المركب ، والتي سنناقشها لاحقًا. في التفاعل مع الماء ، يتم تشكيل العديد من الهيدروكربونات. وذلك لأن الهيدروجين في الماء يتحد مع الكربون الموجود في كربيد. من الممكن أن نفهم أي الهيدروكربونات التي سيتم إنتاجها (أو يمكن الحصول على كل من المركبات المقيدة وغير المشبعة) بناءً على تكافؤ الكربون الموجود في مادة البدء. على سبيل المثال ، إذا كان لدينا كربيد الكالسيوم الذي تكون صيغته CaC2، نرى أنه يحتوي على C ion22-. لذلك ، يمكن إرفاق اثنين من أيونات الهيدروجين بشحنة +. وهكذا نحصل على المركب C2X2 - الأسيتيلين. بنفس الطريقة ، من مركب مثل كربيد الألمنيوم ، الصيغة هي Al4C3نحصل على CH4. لماذا لا ج3X12تسأل؟ بعد كل شيء ، أيون لديه تهمة 12-.والحقيقة هي أن العدد الأقصى لذرات الهيدروجين يتحدد بالصيغة 2n + 2 ، حيث n هو عدد ذرات الكربون. لذلك ، يمكن أن يوجد مركب له الصيغة C فقط3X8 (البروبان) ، وهذا الأيون بشحنة 12- يتحلل إلى ثلاثة أيونات بشحنة 4 ، والتي تعطي جزيئات الميثان عند دمجها مع البروتونات.
تفاعلات الأكسدة مثيرة للاهتمام.كربيدات. يمكن أن تحدث عند التعرض لمزيج قوي من العوامل المؤكسدة ، وأثناء الاحتراق العادي في جو الأكسجين. إذا كان كل شيء واضحًا مع الأكسجين: يتم الحصول على اثنين من الأكاسيد ، فإن العوامل المؤكسدة الأخرى تكون أكثر إثارة للاهتمام. كل هذا يتوقف على طبيعة المعدن الذي هو جزء من كربيد ، وكذلك على طبيعة العامل المؤكسد. على سبيل المثال ، كربيد السيليكون ، الذي تكون الصيغة SiC ، عندما يتفاعل مع خليط من أحماض النتريك وحمض الهيدروفلوريك يشكل حمض سداسي فلورو سيليك مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون. وعند تنفيذ نفس التفاعل ، ولكن باستخدام حمض النتريك وحده ، نحصل على أكسيد السيليكون وثاني أكسيد الكربون. تشتمل العوامل المؤكسدة أيضًا على الهالوجينات والكالوجينات. يتفاعل أي كربيد معهم ، وتعتمد صيغة التفاعل فقط على هيكلها.
كربيد المعادن ، التي فحصنا صيغها- بعيد عن الممثلين الوحيدين لهذه الفئة من المركبات. سنلقي الآن نظرة فاحصة على كل مجمع تجاري مهم في هذه الفئة ثم نتحدث عن تطبيقه في حياتنا.
اتضح كربيد الذي تكون صيغته ، على سبيل المثال ، CaC2, تختلف اختلافا كبيرا في الهيكل من SiC.والفرق في المقام الأول في طبيعة الرابطة بين الذرات. في الحالة الأولى ، نحن نتعامل مع كربيد يشبه الملح. تسمى هذه الفئة من المركبات بذلك لأنها تتصرف عمليًا مثل الملح ، أي أنها قادرة على التفكك في الأيونات. مثل هذه الرابطة الأيونية ضعيفة للغاية ، مما يجعل من السهل تنفيذ تفاعل التحلل المائي والعديد من التحولات الأخرى ، بما في ذلك التفاعلات بين الأيونات.
من الأنواع الأخرى الأكثر أهمية صناعيًاالكربيدات هي كربيدات تساهمية: مثل ، على سبيل المثال ، SiC أو WC. تتميز بالكثافة العالية والمتانة. وكذلك المواد المقاومة للصهر والخاملة للمواد الكيميائية المخففة.
هناك أيضًا كربيدات تشبه المعادن.بدلا من ذلك ، يمكن اعتبارها سبائك معادن مع الكربون. من بين هذه ، على سبيل المثال ، الاسمنت (كربيد الحديد ، الذي تختلف صيغته ، ولكن في المتوسط هو تقريبًا مثل هذا: Fe3ج) أو الحديد الزهر. لديهم نشاط كيميائي وسيط في الدرجة بين كربيدات أيونية وتساهمية.
كل من هذه الأنواع الفرعية من فئة المركبات الكيميائية التي نناقشها لها تطبيق عملي خاص بها. سنتحدث عن كيفية ومكان استخدام كل منها في القسم التالي.
كما ناقشنا بالفعل ، فقد كربيدات التساهميةأكبر مجموعة من التطبيقات العملية. هذه هي مواد كاشطة وقص ، ومواد مركبة تستخدم في مجالات مختلفة (على سبيل المثال ، كأحد المواد التي يتكون منها الدروع الواقية للبدن) ، وأجزاء السيارات ، والأجهزة الإلكترونية ، وعناصر التسخين ، والطاقة النووية. وهذه ليست قائمة كاملة من التطبيقات لهذه الكربيد الخارقة.
أضيق التطبيقات هي كربيدات تشكيل الملح. يتم استخدام تفاعلهم مع الماء كطريقة مختبرية لإنتاج الهيدروكربونات. كيف يحدث هذا ، ناقشنا بالفعل أعلاه.
جنبا إلى جنب مع كربيدات التساهمية ، مثل المعادنلديها أوسع تطبيق في الصناعة. كما قلنا من قبل ، فإن مثل هذا النوع الشبيه بالمعادن من المركبات التي نناقشها هو الفولاذ والحديد الزهر والمركبات المعدنية الأخرى التي تتخللها الكربون. وكقاعدة عامة ، ينتمي المعدن الموجود في هذه المواد إلى فئة المعادن د. هذا هو السبب في أنه يميل إلى عدم تكوين روابط تساهمية ، ولكن كما لو تم إدخاله في الهيكل المعدني.
في رأينا ، فإن التطبيقات العملية للمركبات المذكورة أعلاه هي أكثر من كافية. الآن نلقي نظرة على عملية الحصول عليها.
أول نوعين من الكربيدات التي قمنا بفحصهاوهي التساهمية والشبيهة بالملح ، يتم الحصول عليها في الغالب بطريقة واحدة بسيطة: عن طريق تفاعل أكسيد العنصر وفحم الكوك عند درجة حرارة عالية. في هذه الحالة ، يتحد جزء من فحم الكوك ، المكون من الكربون ، مع ذرة العنصر في تكوين الأكسيد ، ويشكل كربيد. الجزء الآخر يأخذ الأكسجين ويشكل أول أكسيد الكربون. هذه الطريقة تستهلك الكثير من الطاقة ، لأنها تتطلب الحفاظ على درجة حرارة عالية (حوالي 1600-2500 درجة) في منطقة التفاعل.
لبعض أنواع المركباتاستخدم ردود أفعال بديلة. على سبيل المثال ، تحلل مركب ينتج في النهاية كربيد. تعتمد صيغة التفاعل على المركب المحدد ، لذلك لن نناقشه.
قبل استكمال مقالنا ، سنناقش بعض الكربيدات المثيرة للاهتمام ونتحدث عنها بمزيد من التفصيل.
كربيد الصوديوم الصيغة لهذا المركب هي C2في2. يمكن تمثيله على الأرجح على أنه أسيتيلينيد (ثمهو نتاج استبدال ذرات الهيدروجين في الأسيتيلين بذرات الصوديوم) وليس كربيد. لا تعكس الصيغة الكيميائية هذه الخفايا بشكل كامل ، لذلك يجب البحث عنها في الهيكل. هذه مادة نشطة للغاية ، وفي أي اتصال بالماء ، تتفاعل معها بنشاط شديد مع تكوين الأسيتيلين والقلويات.
كربيد المغنيسيوم الصيغة: MgC2. طرق مثيرة للاهتمام للحصول على هذا يكفيمركب نشط. يتضمن أحدها تلبد فلوريد المغنيسيوم مع كربيد الكالسيوم عند درجة حرارة عالية. ونتيجة لذلك ، يتم الحصول على منتجين: فلوريد الكالسيوم والكربيد الذي نحتاجه. صيغة هذا التفاعل بسيطة للغاية ، ويمكنك التعرف عليها في الأدبيات المتخصصة إذا كنت ترغب في ذلك.
إذا لم تكن متأكدًا من فائدة المواد المعروضة في المقالة ، فإن القسم التالي مخصص لك.
حسنًا ، أولاً ، معرفة المركبات الكيميائيةلا يمكن أن تكون غير ضرورية. من الأفضل دائمًا أن تكون مسلحًا بالمعرفة بدلاً من البقاء بدونها. ثانيًا ، كلما عرفت أكثر عن وجود مركبات معينة ، زادت فهمك لآلية تكوينها والقوانين التي تسمح لها بالوجود.
قبل المضي قدما حتى النهاية ، أود أن أقدم بعض التوصيات بشأن دراسة هذه المواد.
بسيط جدا. هذا مجرد قسم من الكيمياء. وينبغي دراستها في كتب الكيمياء. ابدأ بمعلومات المدرسة وانتقل إلى المزيد من التعمق ، من الكتب الجامعية والكتب المرجعية.
هذا الموضوع ليس بسيطًا ومملًا كما يبدو للوهلة الأولى. يمكن أن تكون الكيمياء دائمًا مثيرة للاهتمام إذا وجدت هدفك فيها.
