Kemiallisia aineita on moniayhteydet: noin satoja miljoonia. Ja kaikki he ovat ihmisinä yksilöllisiä. On mahdotonta löytää kahta ainetta, jolla olisi samat kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet eri koostumuksella.
Jotkut mielenkiintoisimmista epäorgaanisista aineistavalkoisessa maailmassa olemassa olevat kovametallit. Tässä artikkelissa keskustelemme niiden rakenteesta, fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista, sovelluksista ja analysoimme niiden valmistuksen hienouksia. Mutta ensin, vähän löytön historiasta.
Карбиды металлов, формулы которых мы приведём alla ei ole luonnollisia yhdisteitä. Tämä johtuu tosiasiasta, että niiden molekyylit pyrkivät hajoamaan vuorovaikutuksessa veden kanssa. Siksi tässä on syytä puhua ensimmäisistä yrityksistä syntetisoida karbidit.
Vuodesta 1849 on ollut viittauksia synteesiinpiikarbidia, mutta osa näistä yrityksistä jää tuntematta. Amerikkalainen kemisti Edward Acheson aloitti laajamittaisen tuotannon vuonna 1893 menetelmällä, joka myöhemmin sai hänen nimensä.
Kalsiumkarbidin synteesin historiaa ei myöskään erota suurella määrällä tietoa. Vuonna 1862 saksalainen kemisti Friedrich Wöhler sai sen kuumentamalla sulatettua sinkkiä ja kalsiumia hiilellä.
Siirrytään nyt mielenkiintoisempiin osiin: kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Loppujen lopuksi juuri näiden aineiden luokan käytön pääsisältö on heissä.
Ehdottomasti kaikkien kovametallien kovuus eroaa toisistaan.Esimerkiksi yksi vaikeimmista aineista Mohsin asteikolla on volframikarbidi (9 kymmenestä mahdollisesta pisteestä). Lisäksi nämä aineet ovat hyvin tulenkestäviä: joidenkin sulamislämpötila saavuttaa kaksi tuhatta astetta.
Useimmat karbidit ovat kemiallisesti inerttejä jaolla vuorovaikutuksessa pienen määrän aineiden kanssa. Ne eivät liukene mihinkään liuottimiin. Liukenemista voidaan kuitenkin pitää vuorovaikutuksena veden kanssa sidosten tuhoamiseksi ja metallihydroksidin ja hiilivedyn muodostumiseksi.
Puhumme jälkimmäisestä reaktiosta ja monista muista mielenkiintoisista kemiallisista muunnoksista, jotka sisältävät karbidit seuraavassa osassa.
Lähes kaikki karbidit reagoivat veden kanssa.Jotkut - helposti ja ilman lämmitystä (esimerkiksi kalsiumkarbidia), ja jotkut (esimerkiksi piikarbidia) - kuumentamalla vesihöyryä 1800 asteeseen. Reaktiivisuus riippuu tässä tapauksessa yhdisteessä olevan sidoksen luonteesta, josta puhumme myöhemmin. Erilaisia hiilivetyjä muodostuu reaktiossa veden kanssa. Tämä johtuu siitä, että vedessä oleva vety yhdistyy karbidin hiileen. On mahdollista ymmärtää, millaisesta hiilivedystä tulee (ja se voi osoittautua sekä rajoittavaksi että tyydyttymättömäksi yhdisteeksi) alkuperäisen aineen sisältämän hiilen valenssin perusteella. Esimerkiksi, jos meillä on kalsiumkarbidia, jonka kaava on CaC2, näemme, että se sisältää ionin C22-... Tämä tarkoittaa, että siihen voidaan kiinnittää kaksi vetyionia, joiden varaus on +. Siten saadaan yhdiste C2X2 - asetyleeni. Samalla tavalla yhdisteestä, kuten alumiinikarbidista, jonka kaava on Al4C3, saamme CH4... Miksi ei C3X12, kysyt? Loppujen lopuksi ionin varaus on 12-.Tosiasia on, että vetyatomien enimmäismäärä määritetään kaavalla 2n + 2, jossa n on hiiliatomien lukumäärä. Siksi vain kaavan C mukainen yhdiste voi olla olemassa3X8 (propaani), ja tämä ioni, jonka varaus on 12-, hajoaa kolmeksi ioniksi, joiden varaus on 4, jotka antavat protoneihin yhdistettynä metaanimolekyylin.
Hapetusreaktiot ovat mielenkiintoisiakarbideja. Niitä voi esiintyä sekä altistettuna vahvoille hapettimien seoksille että tavallisen palamisen aikana happiatmosfäärissä. Jos hapen kanssa on kaikki selvää: saadaan kaksi oksidia, niin muilla hapettimilla se on mielenkiintoisempaa. Kaikki riippuu metallin luonteesta, joka on osa karbidia, samoin kuin hapettavan aineen luonteesta. Esimerkiksi piikarbidi, jonka kaava on piikarbidia, muodostaa vuorovaikutuksessa typpi- ja fluorivetyhappojen seoksen kanssa heksafluoripiihappoa vapauttaen hiilidioksidia. Ja suorittaessamme saman reaktion, mutta vain yhdellä typpihapolla, saamme piioksidia ja hiilidioksidia. Halogeeneihin ja kalkogeeneihin voidaan myös viitata hapettimina. Mikä tahansa karbidi on vuorovaikutuksessa niiden kanssa, reaktiokaava riippuu vain sen rakenteesta.
Metallikarbidit, joiden kaavoja tarkastelimmeovat kaukana ainoista tämän luokan yhdisteiden edustajista. Tarkastelemme nyt tarkemmin kaikkia tämän luokan teollisesti tärkeitä yhdisteitä ja sitten keskustelemme niiden soveltamisesta elämässämme.
On käynyt ilmi, että karbidi, jonka kaava on esimerkiksi CaC2, eroaa rakenteeltaan merkittävästi piikarbidista.Ja tämä ero on ensisijaisesti atomien välisen sidoksen luonteessa. Ensimmäisessä tapauksessa on kyse suolan kaltaisesta karbidista. Tämä yhdisteluokka on nimetty siten, että se todella käyttäytyy suolana, eli se pystyy hajoamaan ioneiksi. Tämä ionisidos on erittäin heikko, mikä helpottaa hydrolyysireaktion ja monien muiden transformaatioiden suorittamista, mukaan lukien ionien väliset vuorovaikutukset.
Toinen, luultavasti teollisesti tärkeämpi lajikarbidit ovat kovalentteja karbideja: kuten esimerkiksi SiC tai WC. Ne erottuvat suuresta tiheydestään ja lujuudestaan. Ne ovat myös tulenkestäviä ja inerttejä kemikaalien laimentamiseksi.
On myös metallimaisia karbideja.Pikemminkin niitä voidaan pitää metallien seoksina, joissa on hiiltä. Näistä voidaan erottaa esimerkiksi sementti (rautakarbidi, jonka kaava on erilainen, mutta keskimäärin se on suunnilleen seuraava: Fe3C) tai valurautaa. Niillä on kemiallinen aktiivisuus asteittain ionisten ja kovalenttisten karbidien välillä.
Jokaisella näistä keskusteltavien kemiallisten yhdisteiden luokan alalajeista on oma käytännön sovelluksensa. Puhumme siitä, miten ja missä niitä käytetään, seuraavassa osassa.
Kuten olemme jo keskustelleet, kovalenttiset karbidit ovatsuurin valikoima käytännön sovelluksia. Nämä ovat hankaavia ja leikkaavia materiaaleja ja eri aloilla käytettyjä komposiittimateriaaleja (esimerkiksi yhtenä panssarimateriaaleista) sekä autonosia, elektronisia laitteita ja lämmityselementtejä sekä ydinvoimaa. Ja tämä ei ole täydellinen luettelo näiden superkovien karbidien sovelluksista.
Suolaa muodostavilla karbideilla on kapein käyttö. Niiden reaktiota veden kanssa käytetään laboratoriomenetelmänä hiilivetyjen tuottamiseksi. Olemme jo keskustelleet siitä, miten tämä tapahtuu edellä.
Yhdessä kovalenttisten, metallimaisten karbidien kanssakäytetään laajalti teollisuudessa. Kuten olemme jo sanoneet, tällaiset metallityyppiset yhdisteet, joista keskustelemme, ovat teräkset, valuraudat ja muut metalliyhdisteet, joissa on hiiltä. Tällaisissa aineissa esiintyvä metalli kuuluu pääsääntöisesti d-metallien luokkaan. Siksi se ei ole taipuvainen muodostamaan kovalenttisia sidoksia, mutta tuskin tunkeutumaan metallirakenteeseen.
Mielestämme yllä olevilla yhdisteillä on enemmän kuin tarpeeksi käytännön sovelluksia. Katsotaan nyt niiden hankkimista.
Kaksi ensimmäistä karbidityyppiä, joita olemme harkinneetnimittäin kovalenttisia ja suolamaisia, saadaan useimmiten yhdellä yksinkertaisella tavalla: alkuaineen ja koksin reaktiolla korkeassa lämpötilassa. Tässä tapauksessa osa koksista, joka koostuu hiilestä, yhdistyy oksidin koostumuksessa olevan elementin atomin kanssa ja muodostaa karbidin. Toinen osa "ottaa" happea ja muodostaa hiilimonoksidia. Tämä menetelmä on erittäin energiaintensiivinen, koska se vaatii korkean lämpötilan (noin 1600-2500 astetta) ylläpitämistä reaktioalueella.
Joillekin yhdisteillekäytä vaihtoehtoisia reaktioita. Esimerkiksi yhdisteen hajoaminen, joka lopulta tuottaa karbidia. Reaktiokaava riippuu tietystä yhdisteestä, joten emme keskustele siitä.
Ennen kuin päätämme artikkelimme, keskustellaan muutamista mielenkiintoisista karbideista ja puhutaan niistä tarkemmin.
Natriumkarbidi. Tämän yhdisteen kaava on C2päälle2... Se voidaan esittää pikemminkin asetylenidinä (silloinon tuote natriumatomien korvaamisesta vetyatomien kanssa asetyleenissä), ei karbidissa. Kemiallinen kaava ei heijasta täysin näitä hienovaraisuuksia, joten niitä on etsittävä rakenteesta. Tämä on erittäin aktiivinen aine, ja se joutuu kosketuksiin veden kanssa erittäin aktiivisesti muodostaen asetyleeniä ja alkalia.
Magnesiumkarbidi. Kaava: MgC2... Mielenkiintoisia tapoja saada tämä tarpeeksiaktiivinen yhteys. Yksi niistä sisältää magnesiumfluoridin sintrauksen kalsiumkarbidilla korkeissa lämpötiloissa. Tuloksena saadaan kaksi tuotetta: kalsiumfluoridi ja tarvittava karbidi. Tämän reaktion kaava on melko yksinkertainen, ja voit halutessasi tutustua siihen erikoistuneessa kirjallisuudessa.
Jos et ole varma artikkelissa esitetyn materiaalin hyödyllisyydestä, seuraava kohta on sinulle.
Ensinnäkin, tieto kemiallisista yhdisteistäei voi koskaan olla tarpeeton. Aina on parempi olla aseistettu tietoon kuin jäädä ilman sitä. Toiseksi, mitä enemmän tiedät tiettyjen yhdisteiden olemassaolosta, sitä paremmin ymmärrät niiden muodostumisen mekanismin ja lait, jotka sallivat niiden olemassaolon.
Ennen kuin jatkan loppuun, haluaisin antaa joitain suosituksia tämän materiaalin tutkimiseen.
Erittäin yksinkertainen. Tämä on vain osa kemiaa. Ja sitä tulisi tutkia kemian oppikirjoissa. Aloita koulun tiedoista ja siirry syvällisempään, yliopiston oppikirjoihin ja hakuteoksiin.
Tämä aihe ei ole niin yksinkertainen ja tylsä kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Kemia voi aina tulla mielenkiintoiseksi, jos löydät siitä tarkoituksesi.
