Υπάρχουν πολλές διαφορετικές χημικές ουσίεςσυνδέσεις: με τάξη εκατοντάδων εκατομμυρίων. Και όλοι, ως άνθρωποι, είναι ατομικοί. Είναι αδύνατο να βρεθούν δύο ουσίες που θα έχουν τις ίδιες χημικές και φυσικές ιδιότητες με διαφορετική σύνθεση.
Μερικές από τις πιο ενδιαφέρουσες ανόργανες ουσίεςπου υπάρχουν στον άσπρο κόσμο είναι καρβίδια. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τη δομή τους, τις φυσικές και χημικές ιδιότητές τους, τις εφαρμογές και θα αναλύσουμε τις λεπτότητες της προετοιμασίας τους. Αλλά πρώτα, λίγο για την ιστορία της ανακάλυψης.
Μεταλλικά καρβίδια, οι τύποι των οποίων θα δώσουμεπαρακάτω δεν είναι φυσικές ενώσεις. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα μόρια τους τείνουν να αποσυντίθενται όταν αλληλεπιδρούν με το νερό. Επομένως, εδώ αξίζει να μιλήσουμε για τις πρώτες προσπάθειες σύνθεσης καρβιδίων.
Από το 1849 υπάρχουν αναφορές στη σύνθεσηκαρβίδιο του πυριτίου, ωστόσο ορισμένες από αυτές τις προσπάθειες παραμένουν μη αναγνωρίσιμες. Η παραγωγή μεγάλης κλίμακας ξεκίνησε το 1893 από τον Αμερικανό χημικό Edward Acheson με τον τρόπο που αργότερα πήρε το όνομά του.
Η ιστορία της σύνθεσης του καρβιδίου του ασβεστίου δεν διακρίνεται επίσης από πολλές πληροφορίες. Το 1862, ο Γερμανός χημικός Friedrich Wöhler το απέκτησε θερμαίνοντας τηγμένο ψευδάργυρο και ασβέστιο με άνθρακα.
Τώρα ας προχωρήσουμε στις πιο ενδιαφέρουσες ενότητες: χημικές και φυσικές ιδιότητες. Σε τελική ανάλυση, έγκειται σε όλη την ουσία της χρήσης αυτής της κατηγορίας ουσιών.
Абсолютно все карбиды отличаются своей твёрдостью.Για παράδειγμα, μία από τις σκληρότερες ουσίες στην κλίμακα Mohs είναι το καρβίδιο του βολφραμίου (9 στα 10 πιθανά σημεία). Επιπλέον, αυτές οι ουσίες είναι πολύ ανθεκτικές: το σημείο τήξης ορισμένων από αυτές φτάνει τους δύο χιλιάδες βαθμούς.
Τα περισσότερα καρβίδια είναι χημικά αδρανή καιαλληλεπιδρούν με μια μικρή ποσότητα ουσιών. Δεν είναι διαλυτά σε κανέναν διαλύτη. Ωστόσο, η διάλυση μπορεί να θεωρηθεί αλληλεπίδραση με το νερό με την καταστροφή των δεσμών και το σχηματισμό μεταλλικού υδροξειδίου και υδρογονάνθρακα.
Θα μιλήσουμε για την τελευταία αντίδραση και πολλούς άλλους ενδιαφέροντες χημικούς μετασχηματισμούς που περιλαμβάνουν καρβίδια στην επόμενη ενότητα.
Σχεδόν όλα τα καρβίδια αντιδρούν με νερό.Μερικά - εύκολα και χωρίς θέρμανση (για παράδειγμα, καρβίδιο του ασβεστίου), και μερικά (για παράδειγμα, καρβίδιο του πυριτίου) - κατά τη θέρμανση των υδρατμών στους 1800 βαθμούς. Η αντιδραστικότητα σε αυτήν την περίπτωση εξαρτάται από τη φύση του δεσμού στην ένωση, για την οποία θα μιλήσουμε αργότερα. Διάφοροι υδρογονάνθρακες σχηματίζονται σε αντίδραση με νερό. Αυτό συμβαίνει επειδή το υδρογόνο στο νερό συνδυάζεται με τον άνθρακα στο καρβίδιο. Για να κατανοήσουμε τι είδους υδρογονάνθρακας θα αποδειχθεί (και μπορεί να αποδειχθεί τόσο περιοριστική όσο και ακόρεστη ένωση), είναι δυνατόν, με βάση το σθένος του άνθρακα που περιέχεται στο αρχικό υλικό. Για παράδειγμα, εάν έχουμε καρβίδιο του ασβεστίου, ο τύπος του οποίου είναι CaC2, βλέπουμε ότι περιέχει το ιόν C22-... Αυτό σημαίνει ότι δύο ιόντα υδρογόνου με φορτίο + μπορούν να προσκολληθούν σε αυτό. Έτσι, λαμβάνουμε την ένωση C2Χ2 - ακετυλένιο. Με τον ίδιο τρόπο, από μια ένωση όπως το καρβίδιο του αλουμινίου, η φόρμουλα της οποίας είναι το Al4Με3, παίρνουμε CH4... Γιατί όχι Γ3Χ12, εσύ ρωτάς? Μετά από όλα, το ιόν έχει φορτίο 12-Το γεγονός είναι ότι ο μέγιστος αριθμός ατόμων υδρογόνου καθορίζεται από τον τύπο 2n + 2, όπου το η είναι ο αριθμός ατόμων άνθρακα. Ως εκ τούτου, μόνο μια ένωση με τον τύπο C μπορεί να υπάρχει3Χ8 (προπάνιο), και αυτό το ιόν με φορτίο 12- αποσυντίθεται σε τρία ιόντα με φορτίο 4-, τα οποία δίνουν, όταν συνδυάζονται με πρωτόνια, ένα μόριο μεθανίου.
Οι αντιδράσεις οξείδωσης είναι ενδιαφέρουσεςκαρβίδια. Μπορούν να εμφανιστούν τόσο όταν εκτίθενται σε ισχυρά μείγματα οξειδωτικών, όσο και κατά τη διάρκεια της συνήθους καύσης σε ατμόσφαιρα οξυγόνου. Εάν όλα είναι διαυγή με οξυγόνο: λαμβάνονται δύο οξείδια, τότε με άλλα οξειδωτικά είναι πιο ενδιαφέρον. Όλα εξαρτώνται από τη φύση του μετάλλου που είναι μέρος του καρβιδίου, καθώς και από τη φύση του οξειδωτικού παράγοντα. Για παράδειγμα, το καρβίδιο του πυριτίου, του οποίου ο τύπος είναι SiC, όταν αλληλεπιδρά με ένα μείγμα νιτρικού και υδροφθορικού οξέος, σχηματίζει εξαφθοροσιλικό οξύ με την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα. Και όταν πραγματοποιούμε την ίδια αντίδραση, αλλά μόνο με νιτρικό οξύ, λαμβάνουμε οξείδιο του πυριτίου και διοξείδιο του άνθρακα. Τα αλογόνα και τα χαλκογόνα μπορούν επίσης να αναφέρονται ως οξειδωτικά. Κάθε καρβίδιο αλληλεπιδρά μαζί τους, ο τύπος αντίδρασης εξαρτάται μόνο από τη δομή του.
Μεταλλικά καρβίδια, οι τύποι των οποίων εξετάσαμεαπέχουν πολύ από τους μοναδικούς εκπροσώπους αυτής της κατηγορίας ενώσεων. Τώρα θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε κάθε μια από τις βιομηχανικά σημαντικές ενώσεις αυτής της τάξης και μετά θα μιλήσουμε για την εφαρμογή τους στη ζωή μας.
Αποδεικνύεται ότι το καρβίδιο, ο τύπος του οποίου είναι, ας πούμε, CaC2, διαφέρει σημαντικά στη δομή από το SiC.Και αυτή η διαφορά είναι κυρίως στη φύση του δεσμού μεταξύ των ατόμων. Στην πρώτη περίπτωση, έχουμε να κάνουμε με ένα καρβίδιο με αλάτι. Αυτή η κατηγορία ενώσεων ονομάζεται έτσι επειδή συμπεριφέρεται σαν αλάτι, δηλαδή είναι σε θέση να αποσυνδεθεί σε ιόντα. Αυτός ο ιοντικός δεσμός είναι πολύ αδύναμος, γεγονός που καθιστά εύκολη την πραγματοποίηση της αντίδρασης υδρόλυσης και πολλών άλλων μετασχηματισμών, συμπεριλαμβανομένων των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ιόντων.
Ένα άλλο, πιθανώς πιο βιομηχανικά σημαντικό είδοςτα καρβίδια είναι ομοιοπολικά καρβίδια: όπως, για παράδειγμα, SiC ή WC. Διακρίνονται από την υψηλή πυκνότητα και αντοχή τους. Είναι επίσης πυρίμαχα και αδρανή για την αραίωση χημικών.
Υπάρχουν επίσης μεταλλικά καρβίδια.Αντίθετα, μπορούν να θεωρηθούν κράματα μετάλλων με άνθρακα. Μεταξύ αυτών, μπορεί κανείς να διακρίνει, για παράδειγμα, τον τσιμέντο (καρβίδιο του σιδήρου, ο τύπος του οποίου είναι διαφορετικός, αλλά κατά μέσο όρο είναι περίπου το εξής: Fe3C) ή χυτοσίδηρο. Έχουν μια χημική δραστικότητα ενδιάμεση σε βαθμό μεταξύ ιοντικών και ομοιοπολικών καρβιδίων.
Κάθε ένα από αυτά τα υποείδη της κατηγορίας χημικών ενώσεων που συζητάμε έχει τη δική του πρακτική εφαρμογή. Θα μιλήσουμε για το πώς και πού εφαρμόζεται κάθε ένα από αυτά στην επόμενη ενότητα.
Όπως έχουμε ήδη συζητήσει, τα ομοιοπολικά καρβίδια έχουντο μεγαλύτερο εύρος πρακτικών εφαρμογών. Πρόκειται για λειαντικά και υλικά κοπής και σύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται σε διάφορα πεδία (για παράδειγμα, ως ένα από τα υλικά που απαρτίζουν την πανοπλία του αμαξώματος), και ανταλλακτικά αυτοκινήτων, ηλεκτρονικές συσκευές και θερμαντικά στοιχεία και πυρηνική ενέργεια. Και αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα εφαρμογών για αυτά τα superhard carbides.
Τα καρβίδια που σχηματίζουν αλάτι έχουν τη στενότερη εφαρμογή. Η αντίδρασή τους με νερό χρησιμοποιείται ως εργαστηριακή μέθοδος παραγωγής υδρογονανθράκων. Έχουμε ήδη συζητήσει πώς συμβαίνει παραπάνω.
Μαζί με ομοιοπολικά, μεταλλικά καρβίδιαχρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία. Όπως έχουμε ήδη πει, ένας τέτοιος μεταλλικός τύπος ενώσεων που συζητάμε είναι χάλυβες, χυτοσίδηρο και άλλες μεταλλικές ενώσεις με συμπερίληψη άνθρακα. Κατά κανόνα, το μέταλλο που βρίσκεται σε τέτοιες ουσίες ανήκει στην κατηγορία των d-μετάλλων. Γι 'αυτό τείνει να σχηματίσει όχι ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά, όπως ήταν, διεισδύουν στη δομή του μετάλλου.
Κατά τη γνώμη μας, οι παραπάνω ενώσεις έχουν περισσότερες από αρκετές πρακτικές εφαρμογές. Τώρα ας ρίξουμε μια ματιά στη διαδικασία απόκτησής τους.
Οι δύο πρώτοι τύποι καρβιδίων που εξετάσαμεδηλαδή, ομοιοπολικά και αλατούχα, λαμβάνονται συχνότερα με έναν απλό τρόπο: με την αντίδραση του οξειδίου του στοιχείου και κοκ σε υψηλή θερμοκρασία. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα μέρος του οπτάνθρακα, που αποτελείται από άνθρακα, συνδυάζεται με το άτομο του στοιχείου στη σύνθεση του οξειδίου και σχηματίζει ένα καρβίδιο. Το άλλο μέρος «παίρνει» οξυγόνο και σχηματίζει μονοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η μέθοδος είναι πολύ ενεργειακή, καθώς απαιτεί διατήρηση υψηλής θερμοκρασίας (περίπου 1600-2500 βαθμούς) στη ζώνη αντίδρασης.
Για ορισμένους τύπους ενώσεωνχρησιμοποιήστε εναλλακτικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, η αποσύνθεση μιας ένωσης που τελικά παράγει καρβίδιο. Ο τύπος αντίδρασης εξαρτάται από τη συγκεκριμένη ένωση, οπότε δεν θα το συζητήσουμε.
Πριν ολοκληρώσουμε το άρθρο μας, ας συζητήσουμε μερικά ενδιαφέροντα καρβίδια και να μιλήσουμε για αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες.
Καρβίδιο του νατρίου. Ο τύπος αυτής της ένωσης είναι C2Στο2... Μπορεί να αναπαρασταθεί μάλλον ως ακετυλενίδιο (τότεείναι το προϊόν της υποκατάστασης ατόμων νατρίου για άτομα υδρογόνου σε ακετυλένιο), όχι καρβίδιο. Ο χημικός τύπος δεν αντικατοπτρίζει πλήρως αυτές τις λεπτές αποχρώσεις, επομένως πρέπει να αναζητηθούν στη δομή. Αυτή είναι μια πολύ δραστική ουσία και, σε οποιαδήποτε επαφή με το νερό, αλληλεπιδρά πολύ ενεργά με αυτήν για να σχηματίσει ακετυλένιο και αλκάλια.
Καρβίδιο μαγνησίου. Τύπος: MgC2... Ενδιαφέροντες τρόποι για να το αποκτήσετε αρκετάενεργή σύνδεση. Ένα από αυτά περιλαμβάνει τη σύντηξη φθοριούχου μαγνησίου με καρβίδιο του ασβεστίου σε υψηλές θερμοκρασίες. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται δύο προϊόντα: το φθοριούχο ασβέστιο και το καρβίδιο που χρειαζόμαστε. Ο τύπος αυτής της αντίδρασης είναι αρκετά απλός και μπορείτε, αν θέλετε, να εξοικειωθείτε με την εξειδικευμένη βιβλιογραφία.
Εάν δεν είστε σίγουροι για τη χρησιμότητα του υλικού που παρουσιάζεται στο άρθρο, τότε η επόμενη ενότητα είναι για εσάς.
Λοιπόν, πρώτα, η γνώση των χημικών ενώσεωνδεν μπορεί ποτέ να είναι περιττή. Είναι πάντα καλύτερο να οπλιστείς με γνώσεις παρά να μείνεις χωρίς αυτήν. Δεύτερον, όσο περισσότερα γνωρίζετε για την ύπαρξη ορισμένων ενώσεων, τόσο καλύτερα κατανοείτε τον μηχανισμό του σχηματισμού τους και τους νόμους που τους επιτρέπουν να υπάρχουν.
Πριν προχωρήσω στο τέλος, θα ήθελα να δώσω μερικές συστάσεις για τη μελέτη αυτού του υλικού.
Πολύ απλό. Αυτό είναι μόνο ένα τμήμα της χημείας. Και θα πρέπει να μελετηθεί σε εγχειρίδια χημείας. Ξεκινήστε με τις σχολικές πληροφορίες και προχωρήστε σε πιο προηγμένα βιβλία και βιβλία αναφοράς πανεπιστημίου.
Αυτό το θέμα δεν είναι τόσο απλό και βαρετό όσο φαίνεται με την πρώτη ματιά. Η χημεία μπορεί πάντα να είναι ενδιαφέρουσα αν βρείτε τον σκοπό σας σε αυτήν.
