Ir daudz dažādu ķīmisku vielusavienojumi: apmēram simtiem miljonu. Un viņi visi kā cilvēki ir individuāli. Nav iespējams atrast divas vielas, kurām būtu vienādas ķīmiskās un fizikālās īpašības ar atšķirīgu sastāvu.
Dažas no visinteresantākajām neorganiskajām vielāmkas eksistē baltajā pasaulē, ir karbīdi. Šajā rakstā mēs apspriedīsim to struktūru, fizikālās un ķīmiskās īpašības, pielietojumu un analizēsim to sagatavošanas smalkumus. Bet vispirms nedaudz par atklājuma vēsturi.
Metāla karbīdi, kuru formulas mēs sniegsimzemāk nav dabiski savienojumi. Tas ir saistīts ar faktu, ka to molekulām ir tendence sadalīties, mijiedarbojoties ar ūdeni. Tāpēc šeit ir vērts runāt par pirmajiem mēģinājumiem sintezēt karbīdus.
Kopš 1849. gada ir atsauces uz sintēzisilīcija karbīds, tomēr daži no šiem mēģinājumiem paliek neatzīti. Liela apjoma ražošanu 1893. gadā uzsāka amerikāņu ķīmiķis Edvards Achesons, izmantojot metodi, kas vēlāk tika nosaukta viņa vārdā.
Kalcija karbīda sintēzes vēsturi neatšķir arī liels informācijas daudzums. 1862. gadā vācu ķīmiķis Fridrihs Vērlers to ieguva, karsējot kausēto cinku un kalciju ar oglēm.
Tagad pāriesim pie interesantākām sadaļām: ķīmiskās un fizikālās īpašības. Galu galā visa šīs klases vielu lietošanas būtība ir viņos.
Absolūti visi karbīdi atšķiras pēc to cietības.Piemēram, viena no vissmagākajām vielām Mosa skalā ir volframa karbīds (9 no 10 iespējamiem punktiem). Turklāt šīs vielas ir ļoti ugunsizturīgas: dažu no tām kušanas temperatūra sasniedz divus tūkstošus grādus.
Lielākā daļa karbīdu ir ķīmiski inerti unmijiedarbojas ar nelielu daudzumu vielu. Tie nešķīst nevienā šķīdinātājā. Tomēr izšķīšanu var uzskatīt par mijiedarbību ar ūdeni ar saišu iznīcināšanu un metāla hidroksīda un ogļūdeņraža veidošanos.
Nākamajā sadaļā mēs runāsim par pēdējo reakciju un daudzām citām interesantām ķīmiskām pārvērtībām, kurās iesaistīti karbīdi.
Gandrīz visi karbīdi reaģē ar ūdeni.Daži - viegli un bez sildīšanas (piemēram, kalcija karbīds), bet daži (piemēram, silīcija karbīds) - sildot ūdens tvaikus līdz 1800 grādiem. Reaktivitāte šajā gadījumā ir atkarīga no savienojuma rakstura, par kuru mēs runāsim vēlāk. Reaģējot ar ūdeni, veidojas dažādi ogļūdeņraži. Tas notiek tāpēc, ka ūdeņradis ūdenī apvienojas ar oglekli karbīdā. Balstoties uz oriģinālajā vielā esošā oglekļa valenci, ir iespējams saprast, kāda veida ogļūdeņraži tiks iegūti (vai gan ierobežojošs, gan nepiesātināts savienojums). Piemēram, ja mums ir kalcija karbīds, kura formula ir CaC2, mēs redzam, ka tas satur jonu C22-... Tas nozīmē, ka tam var piestiprināt divus ūdeņraža jonus ar lādiņu +. Tādējādi mēs iegūstam savienojumu C2X2 - acetilēns. Tādā pašā veidā no tāda savienojuma kā alumīnija karbīds, kura formula ir Al4C3, mēs iegūstam CH4... Kāpēc ne C3X12, tu jautā? Galu galā jonu lādiņš ir 12-.Fakts ir tāds, ka maksimālo ūdeņraža atomu skaitu nosaka pēc formulas 2n + 2, kur n ir oglekļa atomu skaits. Tādējādi var pastāvēt tikai savienojums ar formulu C3X8 (propāns), un šis jons ar lādiņu 12 sadalās trīs jonos ar lādiņu 4, kas apvienojumā ar protoniem dod metāna molekulu.
Oksidācijas reakcijas ir interesantaskarbīdi. Tie var rasties gan saskarē ar spēcīgiem oksidētāju maisījumiem, gan parastas sadedzināšanas laikā skābekļa atmosfērā. Ja ar skābekli viss ir skaidrs: tiek iegūti divi oksīdi, tad ar citiem oksidantiem tas ir daudz interesantāk. Tas viss ir atkarīgs no metāla veida, kas ir daļa no karbīda, kā arī no oksidētāja rakstura. Piemēram, silīcija karbīds, kura formula ir SiC, mijiedarbojoties ar slāpekļa un fluorūdeņražskābes maisījumu, veido heksafluorsilīcijskābi, atbrīvojot oglekļa dioksīdu. Veicot to pašu reakciju, bet tikai ar vienu slāpekļskābi, mēs iegūstam silīcija oksīdu un oglekļa dioksīdu. Halogēnus un halkogēnus var dēvēt arī par oksidētājiem. Jebkurš karbīds mijiedarbojas ar tiem, reakcijas formula ir atkarīga tikai no tā struktūras.
Metāla karbīdi, kuru formulas mēs uzskatījāmir tālu no vienīgajiem šīs savienojumu klases pārstāvjiem. Tagad mēs tuvāk aplūkosim katru no rūpnieciski nozīmīgajiem šīs klases savienojumiem un tad runāsim par to pielietojumu mūsu dzīvē.
Izrādās, ka karbīds, kura formula ir, teiksim, CaC2, pēc struktūras ievērojami atšķiras no SiC.Un atšķirība galvenokārt izpaužas kā saikne starp atomiem. Pirmajā gadījumā mums ir darīšana ar sāls veida karbīdu. Šī savienojumu klase tiek nosaukta tāpēc, ka tā faktiski uzvedas kā sāls, tas ir, tā spēj sadalīties jonos. Šī jonu saite ir ļoti vāja, kas ļauj viegli veikt hidrolīzes reakciju un daudzas citas pārvērtības, ieskaitot mijiedarbību starp joniem.
Vēl viena, iespējams, rūpnieciski nozīmīgāka sugakarbīdi ir kovalenti karbīdi: piemēram, SiC vai WC. Tie izceļas ar augstu blīvumu un izturību. Tie ir arī ugunsizturīgi un inerti ķīmisko vielu atšķaidīšanai.
Ir arī metālam līdzīgi karbīdi. Drīzāk tos var uzskatīt par metālu sakausējumiem ar oglekli. Starp tiem var atšķirt, piemēram, cementītu (dzelzs karbīdu, kura formula ir atšķirīga, bet vidēji tā ir aptuveni šāda: Fe3C) vai čuguna. Viņiem ir ķīmiskā aktivitāte starp pakāpēm starp jonu un kovalentajiem karbīdiem.
Katrai no šīm apspriežamo ķīmisko savienojumu klases pasugām ir savs praktiskais pielietojums. Par to, kā un kur katrs no tiem tiek piemērots, mēs runāsim nākamajā sadaļā.
Kā mēs jau esam apsprieduši, kovalentie karbīdi irvisplašākais praktisko pielietojumu klāsts. Tie ir abrazīvi un griešanas materiāli, kā arī kompozītmateriāli, ko izmanto dažādās jomās (piemēram, kā viens no materiāliem, kas veido bruņas), kā arī automašīnu detaļas, elektroniskās ierīces un sildelementi, kā arī kodolenerģija. Un tas nav pilnīgs šo supercieto karbīdu pielietojuma saraksts.
Sāls veidojošajiem karbīdiem ir visšaurākais pielietojums. To reakcija ar ūdeni tiek izmantota kā laboratorijas metode ogļūdeņražu iegūšanai. Kā tas notiek, mēs jau iepriekš apspriedām.
Kopā ar kovalentiem, metāliem līdzīgiem karbīdiemtiek plaši izmantoti rūpniecībā. Kā mēs jau teicām, šāds metālam līdzīgs savienojumu veids, par kuru mēs runājam, ir tērauds, čuguns un citi metāla savienojumi, kas iejaukti ar oglekli. Parasti šādās vielās atrodamais metāls pieder d-metālu klasei. Tāpēc tas nav sliecas veidot kovalentās saites, bet gan iekļūt metāla struktūrā.
Mūsuprāt, iepriekšminētajiem savienojumiem ir vairāk nekā pietiekami praktiski pielietojumi. Tagad apskatīsim to iegūšanas procesu.
Pirmie divi karbīdu veidi, kurus mēs esam apsvērušiproti, kovalentus un līdzīgus sāļiem, visbiežāk iegūst vienā vienkāršā veidā: ar elementa oksīda un koksa reakciju augstā temperatūrā. Šajā gadījumā daļa koksa, kas sastāv no oglekļa, savienojas ar elementa atomu oksīda sastāvā un veido karbīdu. Otra daļa "uzņem" skābekli un veido oglekļa monoksīdu. Šī metode ir ļoti intensīva enerģijas patēriņam, jo reakcijas zonā ir jāuztur augsta temperatūra (apmēram 1600-2500 grādi).
Dažiem savienojumu veidiemizmantot alternatīvas reakcijas. Piemēram, savienojuma sadalīšanās, kas galu galā rada karbīdu. Reakcijas formula ir atkarīga no konkrētā savienojuma, tāpēc mēs to neapspriedīsim.
Pirms mūsu raksta noslēgšanas apspriedīsim dažus interesantus karbīdus un runāsim par tiem sīkāk.
Nātrija karbīds. Šī savienojuma formula ir C2Ieslēgts2... To drīzāk var attēlot kā acetilenīdu (tadir nātrija atomu aizvietošanas rezultāts ar ūdeņraža atomiem acetilēnā), nevis karbīdā. Ķīmiskā formula pilnībā neatspoguļo šos smalkumus, tāpēc tie ir jāmeklē struktūrā. Šī ir ļoti aktīva viela, un, nonākot saskarē ar ūdeni, tā ļoti aktīvi mijiedarbojas ar to, veidojot acetilēnu un sārmu.
Magnija karbīds. Formula: MgC2... Interesanti veidi, kā to iegūt pietiekamiaktīvs savienojums. Viens no tiem ietver magnija fluorīda saķepināšanu ar kalcija karbīdu augstā temperatūrā. Rezultātā tiek iegūti divi produkti: kalcija fluorīds un mums nepieciešamais karbīds. Šīs reakcijas formula ir diezgan vienkārša, un jūs varat, ja vēlaties, iepazīties ar to specializētajā literatūrā.
Ja neesat pārliecināts par rakstā sniegtā materiāla lietderību, tad nākamā sadaļa ir domāta tieši jums.
Nu, pirmkārt, zināšanas par ķīmiskajiem savienojumiemnekad nevar būt lieks. Vienmēr labāk ir bruņoties ar zināšanām, nekā palikt bez tām. Otrkārt, jo vairāk jūs zināt par noteiktu savienojumu esamību, jo labāk izprotat to veidošanās mehānismu un likumus, kas tiem ļauj pastāvēt.
Pirms pāreju uz beigām, es vēlētos sniegt dažus ieteikumus šī materiāla izpētei.
Ļoti vienkārši. Šī ir tikai ķīmijas sadaļa. Un tas būtu jāpēta ķīmijas mācību grāmatās. Sāciet ar skolas informāciju un pārejiet pie padziļinātākām, universitātes mācību grāmatām un uzziņu grāmatām.
Šī tēma nav tik vienkārša un garlaicīga, kā šķiet pirmajā acu uzmetienā. Ķīmija vienmēr var būt interesanta, ja tajā atrodat savu mērķi.
