Der er mange forskellige kemikalierforbindelser: i størrelsesordenen hundreder af millioner. Og alle, som mennesker, er individuelle. Det er umuligt at finde to stoffer, der har de samme kemiske og fysiske egenskaber med en anden sammensætning.
Nogle af de mest interessante uorganiske stoffereksisterende i den hvide verden er karbider. I denne artikel vil vi diskutere deres struktur, fysiske og kemiske egenskaber, anvendelser og analysere finesserne af deres præparat. Men først lidt om opdagelsens historie.
Metalkarbider, hvis formler vi vil givenedenfor er ikke naturlige forbindelser. Dette skyldes, at deres molekyler har tendens til at gå i opløsning, når de interagerer med vand. Derfor er det værd at tale om de første forsøg på at syntetisere carbider.
Siden 1849 er der henvisninger til syntesensiliciumcarbid, men nogle af disse forsøg forbliver ukendte. Storstilet produktion begyndte i 1893 af den amerikanske kemiker Edward Acheson på den måde, der senere blev opkaldt efter ham.
Historien om syntesen af calciumcarbid adskiller sig heller ikke ved en stor mængde information. I 1862 opnåede den tyske kemiker Friedrich Wöhler det ved opvarmning af smeltet zink og calcium med kul.
Lad os nu gå videre til de mere interessante sektioner: kemiske og fysiske egenskaber. Når alt kommer til alt er det i dem, at hele essensen af brugen af denne klasse af stoffer ligger.
Absolut alle hårdmetaller adskiller sig i hårdhed. For eksempel er et af de hårdeste stoffer på Mohs-skalaen wolframcarbid (9 ud af 10 mulige punkter). Derudover er disse stoffer meget ildfaste: smeltepunktet for nogle af dem når to tusind grader.
De fleste carbider er kemisk inaktive oginteragere med en lille mængde stoffer. De er ikke opløselige i nogen opløsningsmidler. Opløsning kan imidlertid betragtes som interaktionen med vand med ødelæggelsen af bindinger og dannelsen af metalhydroxid og carbonhydrid.
Vi vil tale om den sidste reaktion og mange andre interessante kemiske transformationer, der involverer carbider i det næste afsnit.
Næsten alle karbider reagerer med vand. Nogle - let og uden opvarmning (for eksempel calciumcarbid) og nogle (for eksempel siliciumcarbid) - når der opvarmes vanddamp til 1800 grader. Reaktiviteten afhænger i dette tilfælde af arten af bindingen i forbindelsen, som vi vil tale om senere. Forskellige carbonhydrider dannes som reaktion med vand. Dette sker, fordi brint i vandet kombineres med kulstof i hårdmetal. For at forstå, hvilken slags kulbrinte der vil vise sig (og det kan vise sig at være både en begrænsende og en umættet forbindelse), er det muligt baseret på valensen af kulstof indeholdt i det originale stof. For eksempel, hvis vi har calciumcarbid, hvis formel er CaC2, ser vi, at den indeholder ionen C22-... Dette betyder, at der kan fastgøres to hydrogenioner med en ladning på +. Således opnår vi forbindelsen C2X2 - acetylen. På samme måde ud fra en forbindelse såsom aluminiumcarbid, hvis formel er Al4C3, vi får CH4... Hvorfor ikke C3X12, du spørger? Når alt kommer til alt har ionen en ladning på 12-.Faktum er, at det maksimale antal hydrogenatomer bestemmes af formlen 2n + 2, hvor n er antallet af carbonatomer. Derfor kan kun en forbindelse med formlen C eksistere3X8 (propan), og den ion med en ladning på 12 - henfalder til tre ioner med en ladning på 4-, som giver, når de kombineres med protoner, et methanmolekyle.
Oxidationsreaktioner er af interessekarbider. De kan forekomme både når de udsættes for stærke blandinger af oxidationsmidler og under almindelig forbrænding i en iltatmosfære. Hvis alt er klart med ilt: der opnås to oxider, er det mere interessant med andre oxidanter. Det hele afhænger af arten af metallet, der er en del af carbidet, samt af arten af oxidationsmidlet. For eksempel danner siliciumcarbid, hvis formel er SiC, ved interaktion med en blanding af salpetersyre og flussyre syre hexafluorosilsyre med frigivelsen af carbondioxid. Og når vi udfører den samme reaktion, men med kun en salpetersyre, får vi siliciumoxid og kuldioxid. Halogener og chalcogener kan også kaldes oxidanter. Ethvert hårdmetal interagerer med dem, reaktionsformlen afhænger kun af dets struktur.
Metalkarbider, hvis formler vi overvejedeer langt fra de eneste repræsentanter for denne klasse af forbindelser. Vi vil nu se nærmere på hver af de industrielt vigtige forbindelser i denne klasse og derefter tale om deres anvendelse i vores liv.
Det viser sig, at hårdmetal, hvis formel er f.eks. CaC2, adskiller sig signifikant i struktur fra SiC.Og denne forskel ligger primært i arten af båndet mellem atomer. I det første tilfælde har vi at gøre med et saltlignende hårdmetal. Denne klasse af forbindelser er navngivet, fordi den faktisk opfører sig som et salt, det vil sige at den er i stand til at adskille sig i ioner. Denne ionbinding er meget svag, hvilket gør det let at udføre hydrolysereaktionen og mange andre transformationer, herunder interaktioner mellem ioner.
En anden, sandsynligvis mere industrielt vigtig artcarbider er kovalente carbider: såsom for eksempel SiC eller WC. De er kendetegnet ved deres høje tæthed og styrke. De er også ildfaste og inaktive over for fortyndede kemikalier.
Der er også metallignende karbider.Snarere kan de ses som legeringer af metaller med kulstof. Blandt disse kan man for eksempel skelne mellem cementit (jerncarbid, hvis formel er forskellig, men i gennemsnit er det omtrent som følger: Fe3C) eller støbejern. De har en kemisk aktivitet, der er mellemliggende i grad mellem ioniske og kovalente carbider.
Hver af disse underarter af klassen af kemiske forbindelser, vi diskuterer, har sin egen praktiske anvendelse. Vi vil tale om, hvordan og hvor hver af dem anvendes i det næste afsnit.
Som vi allerede har diskuteret, har kovalente carbider detdet største udvalg af praktiske anvendelser. Disse er slibende og skærende materialer og kompositmaterialer, der anvendes inden for forskellige områder (for eksempel som et af de materialer, der udgør kropsbeskyttelsen) og bildele og elektroniske enheder og varmeelementer og atomkraft. Og dette er ikke en komplet liste over applikationer til disse superharde karbider.
Saltdannende carbider har den smaleste anvendelse. Deres reaktion med vand bruges som en laboratoriemetode til fremstilling af carbonhydrider. Vi har allerede diskuteret, hvordan dette sker ovenfor.
Sammen med kovalente, metallignende carbideranvendes i vid udstrækning i industrien. Som vi allerede har sagt, er en sådan metallignende type forbindelser, vi diskuterer, stål, støbejern og andre metalforbindelser med kulindeslutninger. Som regel tilhører metallet, der findes i sådanne stoffer, klassen af d-metaller. Derfor er det tilbøjeligt til ikke at danne kovalente bindinger, men som om det trænger ind i metalkonstruktionen.
Efter vores mening har de ovennævnte forbindelser mere end nok praktiske anvendelser. Lad os nu se på processen med at få dem.
De to første typer hårdmetaller, som vi har overvejetnemlig kovalent og saltlignende opnås oftest på en enkel måde: ved omsætning af elementets oxid og koks ved høj temperatur. I dette tilfælde kombineres en del af koks, der består af kulstof, med et atom af elementet i sammensætningen af oxidet og danner et hårdmetal. Den anden del "tager" ilt og danner kulilte. Denne metode er meget energiintensiv, da den kræver opretholdelse af en høj temperatur (ca. 1600-2500 grader) i reaktionszonen.
For nogle typer forbindelserbrug alternative reaktioner. For eksempel nedbrydning af en forbindelse, der i sidste ende producerer carbid. Reaktionsformlen afhænger af den specifikke forbindelse, så vi vil ikke diskutere den.
Før vi afslutter vores artikel, lad os diskutere et par interessante karbider og tale mere om dem.
Natriumcarbid. Formlen for denne forbindelse C2na2... Det kan snarere betragtes som et acetylenid (denganger produktet af substitution af natriumatomer med hydrogenatomer i acetylen), ikke carbid. Den kemiske formel afspejler ikke disse finesser fuldt ud, så de skal kigges efter i strukturen. Dette er et meget aktivt stof, og i enhver kontakt med vand interagerer det meget aktivt med det for at danne acetylen og alkali.
Magnesiumcarbid. Formel: MgC2... Interessante måder at få dette nok påaktiv forbindelse. En af dem involverer sintring af magnesiumfluorid med calciumcarbid ved høj temperatur. Som et resultat opnås to produkter: calciumfluorid og det hårdmetal, vi har brug for. Formlen for denne reaktion er ret enkel, og du kan, hvis du ønsker det, gøre dig bekendt med den i den specialiserede litteratur.
Hvis du ikke er sikker på nytten af det materiale, der præsenteres i artiklen, er det næste afsnit noget for dig.
Nå, først kendskab til kemiske forbindelserkan aldrig være overflødig. Det er altid bedre at være bevæbnet med viden end at være uden den. For det andet, jo mere du ved om eksistensen af visse forbindelser, jo bedre forstår du mekanismen for deres dannelse og de love, der tillader dem at eksistere.
Inden jeg går videre til slutningen, vil jeg gerne give nogle anbefalinger til at studere dette materiale.
Meget simpelt. Dette er kun et afsnit af kemi. Og det skal studeres i kemibøger. Start med skoleinformation og gå videre til mere dybdegående universitets lærebøger og referencebøger.
Dette emne er ikke så simpelt og kedeligt, som det ser ud ved første øjekast. Kemi kan altid blive interessant, hvis du finder dit formål med det.
