На свете известно очень много разных химических ryšiai: apie šimtus milijonų. Ir visi jie, kaip žmonės, yra individualūs. Neįmanoma rasti dviejų medžiagų, turinčių tas pačias chemines ir fizines savybes, kurių sudėtis yra skirtinga.
Vienos įdomiausių neorganinių medžiagųbaltame pasaulyje egzistuoja karbidai. Šiame straipsnyje aptarsime jų struktūrą, fizines ir chemines savybes, pritaikymą ir išanalizuosime jų paruošimo subtilybes. Tačiau pirmiausia šiek tiek apie atradimo istoriją.
Metalo karbidai, kurių formules pateiksimežemiau nėra natūralūs junginiai. Taip yra dėl to, kad sąveikaudami su vandeniu jų molekulės yra linkusios suirti. Todėl čia verta pakalbėti apie pirmuosius bandymus sintetinti karbidus.
Nuo 1849 m. Yra nuorodų į sintezęsilicio karbido, tačiau kai kurie iš šių bandymų lieka nepripažinti. Didelę gamybą 1893 m. Pradėjo amerikiečių chemikas Edwardas Achesonas tokiu būdu, kuris vėliau buvo pavadintas jo vardu.
Kalcio karbido sintezės istorija taip pat neišskiriama dideliu informacijos kiekiu. 1862 m. Vokiečių chemikas Friedrichas Wöhleris jį gavo, kaitindamas lydytą cinką ir kalcį anglimi.
Dabar pereikime prie įdomesnių skyrių: cheminės ir fizinės savybės. Juk būtent juose slypi visa šios klasės medžiagų vartojimo esmė.
Visiškai visi karbidai skiriasi savo kietumu. Pavyzdžiui, viena iš sunkiausių medžiagų pagal Mohso skalę yra volframo karbidas (9 iš 10 galimų taškų). Be to, šios medžiagos yra labai ugniai atsparios: kai kurių iš jų lydymosi temperatūra siekia du tūkstančius laipsnių.
Dauguma karbidų yra chemiškai inertiški irsąveikauja su nedideliu medžiagų kiekiu. Jie netirpsta jokiuose tirpikliuose. Tačiau tirpimą galima laikyti sąveika su vandeniu, sunaikinant jungtis ir susidarant metalų hidroksidui ir angliavandeniliui.
Apie pastarąją reakciją ir daugelį kitų įdomių cheminių virsmų, susijusių su karbidais, pakalbėsime kitame skyriuje.
Beveik visi karbidai reaguoja su vandeniu. Kai kurie - lengvai ir be kaitinimo (pavyzdžiui, kalcio karbidas), o kiti (pavyzdžiui, silicio karbidas) - kaitinant vandens garus iki 1800 laipsnių. Reaktingumas šiuo atveju priklauso nuo junginyje esančio ryšio pobūdžio, apie kurį kalbėsime vėliau. Įvairūs angliavandeniliai susidaro reaguojant su vandeniu. Taip atsitinka todėl, kad vandenyje esantis vandenilis susijungia su karbide esančia anglimi. Galima suprasti, koks angliavandenilis pasirodys (ir tai gali pasirodyti tiek ribojančiu, tiek nesočiuoju junginiu), remiantis anglies valentingumu, esančiu pirminėje medžiagoje. Pavyzdžiui, jei turime kalcio karbidą, kurio formulė yra CaC2, matome, kad jame yra jonas C22-... Tai reiškia, kad prie jo gali būti prijungti du vandenilio jonai, kurių krūvis +. Taigi gauname junginį C2X2 - acetilenas. Tuo pačiu būdu iš tokio junginio kaip aliuminio karbidas, kurio formulė yra Al4C3, gauname CH4... Kodėl ne C3X12, Jūs klausiate? Juk jono krūvis yra 12-. Faktas yra tas, kad didžiausias vandenilio atomų skaičius nustatomas pagal formulę 2n + 2, kur n yra anglies atomų skaičius. Taigi gali būti tik junginys, kurio formulė C3X8 (propanas), ir tas 12 krūvių jonas suyra į tris jonus su 4 krūviu, kurie kartu su protonais duoda metano molekulę.
Oksidacijos reakcijos yra įdomioskarbidai. Jie gali atsirasti tiek veikiami stiprių oksidantų mišinių, tiek įprastai deginant deguonies atmosferoje. Jei deguonimi viskas aišku: gaunami du oksidai, tada su kitais oksidatoriais įdomiau. Viskas priklauso nuo metalo, kuris yra karbido dalis, pobūdžio, taip pat nuo oksidatoriaus pobūdžio. Pavyzdžiui, silicio karbidas, kurio formulė yra SiC, sąveikaujant su azoto ir vandenilio fluorintų rūgščių mišiniu, išskiria anglies dioksidą heksafluorilo silicio rūgštį. Vykdydami tą pačią reakciją, bet turėdami tik vieną azoto rūgštį, gauname silicio oksidą ir anglies dioksidą. Halogenai ir halogenai taip pat gali būti klasifikuojami kaip oksidatoriai. Bet koks karbidas sąveikauja su jais, reakcijos formulė priklauso tik nuo jo struktūros.
Metalo karbidai, kurių formules mes apsvarstėmeyra toli gražu ne vieninteliai šios junginių klasės atstovai. Dabar mes atidžiau pažvelgsime į kiekvieną pramoniniu požiūriu svarbų šios klasės junginį ir tada kalbėsime apie jų taikymą mūsų gyvenime.
Pasirodo, tas karbidas, kurio formulė yra, tarkime, CaC2, struktūra labai skiriasi nuo SiC. Šis skirtumas pirmiausia susijęs su atomų ryšiu. Pirmuoju atveju mes susiduriame su į druską panašiu karbidu. Ši junginių klasė vadinama todėl, kad ji iš tikrųjų elgiasi kaip druska, tai yra sugeba atsiriboti į jonus. Šis joninis ryšys yra labai silpnas, todėl lengva atlikti hidrolizės reakciją ir daugelį kitų transformacijų, įskaitant sąveiką tarp jonų.
Kita, tikriausiai pramoniniu požiūriu svarbesnė rūšiskarbidai yra kovalentiniai karbidai: tokie kaip, pavyzdžiui, SiC arba WC. Jie išsiskiria dideliu tankiu ir stiprumu. Jie taip pat yra ugniai atsparūs ir inertiški skiedžiant chemines medžiagas.
Taip pat yra į metalą panašių karbidų. Greičiau juos galima vertinti kaip metalų lydinius su anglimi. Tarp jų galima išskirti, pavyzdžiui, cementitą (geležies karbidą, kurio formulė skiriasi, tačiau vidutiniškai jis yra maždaug toks: Fe3C) arba ketaus. Jų cheminis aktyvumas yra tarpinio laipsnio tarp joninių ir kovalentinių karbidų.
Kiekvienas iš šių aptariamų cheminių junginių klasės porūšių turi savo praktinį pritaikymą. Apie tai, kaip ir kur kiekvienas iš jų taikomas, pakalbėsime kitame skyriuje.
Kaip jau aptarėme, kovalentiniai karbidai turididžiausias praktinių pritaikymų spektras. Tai yra abrazyvinės ir pjovimo medžiagos bei sudėtinės medžiagos, naudojamos įvairiose srityse (pavyzdžiui, kaip viena iš medžiagų, kurios sudaro šarvus), automobilių dalys, elektroniniai prietaisai, kaitinimo elementai ir branduolinė energija. Tai nėra išsamus šių superkietųjų karbidų panaudojimo sąrašas.
Druską formuojantys karbidai yra siauriausi. Jų reakcija su vandeniu naudojama kaip laboratorinis angliavandenilių gamybos metodas. Kaip tai vyksta, mes jau aptarėme aukščiau.
Kartu su kovalentiniais, į metalą panašiais karbidaisyra plačiai naudojami pramonėje. Kaip jau minėjome, toks metalų tipo junginių tipas, apie kurį diskutuojame, yra plienas, ketaus ir kiti metalų junginiai, įsiterpę į anglį. Paprastai tokiose medžiagose esantis metalas priklauso d-metalų klasei. Štai kodėl jis nėra linkęs formuoti kovalentinių ryšių, bet prasiskverbti į metalo struktūrą.
Mūsų nuomone, pirmiau minėti junginiai yra daugiau nei pakankamai praktiniai. Dabar pažvelkime į jų gavimo procesą.
Pirmieji du karbidų tipai, kuriuos mes apsvarstėmebūtent kovalentiniai ir panašūs į druską, gaunami dažniausiai vienu paprastu būdu: reaguojant elemento oksidui ir koksui aukštoje temperatūroje. Šiuo atveju kokso dalis, susidedanti iš anglies, susijungia su oksido sudėties elemento atomu ir sudaro karbidą. Kita dalis „ima“ deguonį ir susidaro anglies monoksidas. Šis metodas yra daug energijos reikalaujantis, nes reakcijos zonoje reikia palaikyti aukštą temperatūrą (apie 1600–2500 laipsnių).
Kai kuriems junginių tipamsnaudoti alternatyvias reakcijas. Pavyzdžiui, skaidant junginį, kuris galiausiai gamina karbidą. Reakcijos formulė priklauso nuo konkretaus junginio, todėl jos neaptarsime.
Prieš baigdami savo straipsnį, aptarkime keletą įdomių karbidų ir pakalbėkime apie juos išsamiau.
Natrio karbidas. Šio junginio formulė yra C2Įjungta2... Tai gali būti laikoma acetilenidu (tadayra natrio atomų pakaitalas vandenilio atomais acetilene), o ne karbidas. Cheminė formulė nevisiškai atspindi šias subtilybes, todėl jų reikia ieškoti struktūroje. Tai yra labai veikli medžiaga ir, bet kokiu sąlyčiu su vandeniu, ji labai aktyviai sąveikauja su ja, kad susidarytų acetilenas ir šarmai.
Magnio karbidas. Formulė: MgC2... Įdomūs būdai, kaip to pakankamai gautiaktyvus ryšys. Vienas iš jų apima magnio fluorido sukepinimą su kalcio karbidu aukštoje temperatūroje. Dėl to gaunami du produktai: kalcio fluoridas ir mums reikalingas karbidas. Šios reakcijos formulė yra gana paprasta, ir, jei norite, galite su ja susipažinti specializuotoje literatūroje.
Jei nesate tikri dėl straipsnyje pateiktos medžiagos naudingumo, kitas skyrius skirtas jums.
Na, pirmiausia, žinios apie cheminius junginiusniekada negali būti nereikalingas. Visada geriau apsiginkluoti žiniomis, nei likti be jų. Antra, kuo daugiau žinai apie tam tikrų junginių egzistavimą, tuo geriau supranti jų susidarymo mechanizmą ir dėsnius, leidžiančius jiems egzistuoti.
Prieš pereidamas prie pabaigos, norėčiau pateikti keletą rekomendacijų šios medžiagos studijoms.
Labai paprasta. Tai tik chemijos skyrius. Ir tai reikėtų mokytis chemijos vadovėliuose. Pradėkite nuo mokyklos informacijos ir pereikite prie išsamesnių universitetinių vadovėlių ir informacinių knygų.
Ši tema nėra tokia paprasta ir nuobodi, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio. Chemija visada gali tapti įdomi, jei joje randi savo tikslą.
