Postoji mnogo različitih kemikalijaveze: reda stotine milijuna. I svi su oni kao ljudi individualni. Nemoguće je pronaći dvije tvari koje bi imale jednaka kemijska i fizikalna svojstva s različitim sastavom.
Neke od najzanimljivijih anorganskih tvaripostoje u bijelom svijetu karbidi. U ovom ćemo članku razgovarati o njihovoj strukturi, fizikalnim i kemijskim svojstvima, primjeni i analizirati suptilnosti njihove pripreme. Ali prvo, malo o povijesti otkrića.
Metalni karbidi, čije ćemo formule datidolje nisu prirodni spojevi. To je zbog činjenice da se njihove molekule teže raspadati u interakciji s vodom. Stoga ovdje vrijedi razgovarati o prvim pokušajima sinteze karbida.
Od 1849. postoje reference na sintezusilicijev karbid, međutim, neki od tih pokušaja ostaju neprepoznati. Veliku proizvodnju započeo je 1893. godine američki kemičar Edward Acheson metodom koja je kasnije nazvana po njemu.
Povijest sinteze kalcijevog karbida također se ne razlikuje velikom količinom informacija. 1862. godine njemački kemičar Friedrich Wöhler dobio ga je zagrijavanjem sjedinjenog cinka i kalcija s ugljenom.
Sada prijeđimo na zanimljivije odjeljke: kemijska i fizikalna svojstva. Napokon, upravo u njima leži cijela bit upotrebe ove klase tvari.
Apsolutno se svi karbidi razlikuju po svojoj tvrdoći.Na primjer, jedna od najtvrđih tvari na Mohsovoj ljestvici je volframov karbid (9 od 10 mogućih bodova). Štoviše, ove su tvari vrlo vatrostalne: točka topljenja nekih od njih doseže dvije tisuće stupnjeva.
Većina karbida je kemijski inertna iu interakciji s malom količinom tvari. Nisu topljivi u otapalima. Međutim, otapanje se može smatrati interakcijom s vodom uz uništavanje veza i stvaranje metalnog hidroksida i ugljikovodika.
O posljednjoj reakciji i mnogim drugim zanimljivim kemijskim transformacijama koje uključuju karbide govorit ćemo u sljedećem odjeljku.
Gotovo svi karbidi reagiraju s vodom.Neki - lako i bez zagrijavanja (na primjer, kalcijev karbid), a neki (na primjer, silicijev karbid) - pri zagrijavanju vodene pare na 1800 stupnjeva. Reaktivnost u ovom slučaju ovisi o prirodi veze u spoju, o čemu ćemo kasnije. U reakciji s vodom nastaju različiti ugljikovodici. To se događa jer se vodik u vodi kombinira s ugljikom u karbidu. Moguće je razumjeti kakva će vrsta ugljikovodika ispasti (a može se pokazati i ograničavajućim i nezasićenim spojem), na temelju valencije ugljika sadržanog u početnom materijalu. Na primjer, ako imamo kalcijev karbid, čija je formula CaC2, vidimo da sadrži ion C22-... To znači da se na njega mogu vezati dva vodikova iona s nabojem +. Tako dobivamo spoj C2X2 - acetilen. Na isti način, iz spoja kao što je aluminijski karbid, čija je formula Al4C3, dobivamo CH4... Zašto ne i C3X12, pitaš? Napokon, ion ima naboj od 12-.Činjenica je da je maksimalni broj atoma vodika određen formulom 2n + 2, gdje je n broj atoma ugljika. Dakle, može postojati samo spoj formule C3X8 (propan), a taj ion s nabojem od 12- raspada se na tri iona s nabojem od 4-, koji daju, u kombinaciji s protonima, molekulu metana.
Interesantne su reakcije oksidacijekarbidi. Mogu se pojaviti i kada su izloženi jakim mješavinama oksidansa i tijekom uobičajenog izgaranja u atmosferi kisika. Ako je s kisikom sve jasno: dobivaju se dva oksida, onda je s ostalim oksidansima zanimljivije. Sve ovisi o prirodi metala koji je dio karbida, kao i o prirodi oksidirajućeg agensa. Na primjer, silicijev karbid, čija je formula SiC, u interakciji sa smjesom dušične i fluorovodične kiseline, tvori heksafluorosilicnu kiselinu s oslobađanjem ugljičnog dioksida. A kada provodimo istu reakciju, ali samo s jednom dušičnom kiselinom, dobivamo silicijev oksid i ugljični dioksid. Halogeni i halkogeni se također mogu nazivati oksidansima. Bilo koji karbid u interakciji s njima, reakcijska formula ovisi samo o njegovoj strukturi.
Metalni karbidi, čije smo formule razmotrilidaleko su jedini predstavnici ove klase spojeva. Sada ćemo pobliže pogledati svaki od industrijski važnih spojeva ove klase, a zatim razgovarati o njihovoj primjeni u našem životu.
Ispada taj karbid čija je formula, recimo, CaC2, strukturno se značajno razlikuje od SiC.A ta je razlika prvenstveno u prirodi veze između atoma. U prvom slučaju imamo posla s karbidom sličnim soli. Ova je klasa spojeva nazvana tako jer se zapravo ponaša poput soli, odnosno sposobna je disocirati na ione. Ova je ionska veza vrlo slaba, što olakšava provođenje reakcije hidrolize i mnogih drugih transformacija, uključujući interakcije između iona.
Druga, vjerojatno industrijski važnija vrstakarbidi su kovalentni karbidi: kao što su, na primjer, SiC ili WC. Odlikuju ih velika gustoća i čvrstoća. Oni su također vatrostalni i inertni za razrjeđivanje kemikalija.
Postoje i karbidi slični metalu.Umjesto toga, mogu se promatrati kao legure metala s ugljikom. Među njima se može razlikovati, na primjer, cementit (željezni karbid, čija je formula različita, ali u prosjeku je približno sljedeća: Fe3C) ili lijevanog željeza. Imaju kemijsku aktivnost srednjeg stupnja između ionskih i kovalentnih karbida.
Svaka od ovih podvrsta klase kemijskih spojeva o kojima raspravljamo ima svoju praktičnu primjenu. O tome kako i gdje se svaki od njih govori, govorit ćemo u sljedećem odjeljku.
Kao što smo već razgovarali, kovalentni karbidi jesunajveći raspon praktičnih primjena. To su abrazivni i rezni materijali, i kompozitni materijali koji se koriste u raznim poljima (na primjer, kao jedan od materijala koji čine zaštitni oklop), i autodijelovi, i elektronički uređaji, i grijaći elementi, i nuklearna energija. I ovo nije cjelovit popis primjene ovih super tvrdih karbida.
Najuža primjena je za karbide koji tvore sol. Njihova reakcija s vodom koristi se kao laboratorijska metoda za proizvodnju ugljikovodika. Već smo razgovarali o tome kako se to događa gore.
Zajedno s kovalentnim, metalima sličnim karbidimaimaju najširu primjenu u industriji. Kao što smo već rekli, takva vrsta spojeva sličnih metalu o kojima raspravljamo jesu čelik, lijevano željezo i drugi metalni spojevi s uključenjima ugljika. U pravilu, metal koji se nalazi u takvim tvarima pripada klasi d-metala. Zato je sklon stvarati ne kovalentne veze, već kao da prodire u strukturu metala.
Prema našem mišljenju, gore navedeni spojevi imaju više nego dovoljno praktične primjene. Pogledajmo sada postupak njihovog dobivanja.
Prve dvije vrste karbida koje smo razmatrali jesunaime, kovalentni i slični soli, dobivaju se najčešće na jedan jednostavan način: reakcijom oksida elementa i koksa na visokoj temperaturi. U tom se slučaju dio koksa, koji se sastoji od ugljika, kombinira s atomom elementa u sastavu oksida i tvori karbid. Drugi dio "uzima" kisik i stvara ugljični monoksid. Ova metoda je vrlo energetski intenzivna, jer zahtijeva održavanje visoke temperature (oko 1600-2500 stupnjeva) u reakcijskoj zoni.
Za dobivanje određenih vrsta spojevakoristiti alternativne reakcije. Na primjer, razgradnjom spoja koji u konačnici daje karbid. Formula reakcije ovisi o određenom spoju, pa nećemo o tome raspravljati.
Prije završetka našeg članka, razgovarajmo o nekoliko zanimljivih karbida i razgovarajmo o njima detaljnije.
Natrijev karbid. Formula ovog spoja je C2na2... Može se radije predstaviti kao acetilenidje produkt supstitucije atoma natrija za atome vodika u acetilenu), a ne karbid. Kemijska formula ne odražava u potpunosti ove suptilnosti, pa ih treba tražiti u strukturi. Ovo je vrlo aktivna tvar i u bilo kojem kontaktu s vodom vrlo aktivno djeluje s njom stvarajući acetilen i lužinu.
Magnezijev karbid. Formula: MgC2... Zanimljivi načini kako to dobiti dovoljnoaktivna veza. Jedan od njih uključuje sinteriranje magnezijevog fluorida s kalcijevim karbidom na visokoj temperaturi. Kao rezultat, dobivaju se dva proizvoda: kalcijev fluorid i karbid koji nam trebaju. Formula ove reakcije prilično je jednostavna i ako se želite, možete se upoznati s njom u specijaliziranoj literaturi.
Ako niste sigurni u korisnost materijala predstavljenog u članku, sljedeći je odjeljak za vas.
Pa, prvo, znanje o kemijskim spojevimanikad ne može biti suvišno. Uvijek je bolje biti naoružan znanjem, nego ostati bez njega. Drugo, što više znate o postojanju određenih spojeva, to bolje razumijete mehanizam njihovog nastanka i zakone koji im omogućuju postojanje.
Prije nego što prijeđem na kraj, želio bih dati neke preporuke za proučavanje ovog materijala.
Jako jednostavno. Ovo je samo dio kemije. I to bi trebalo proučavati u udžbenicima kemije. Započnite sa školskim informacijama i prijeđite na dublje, od sveučilišnih udžbenika i priručnika.
Ova tema nije tako jednostavna i dosadna kao što se čini na prvi pogled. Kemija uvijek može postati zanimljiva ako u njoj pronađete svoju svrhu.
