Karbíð: formúla, notkun og eiginleikar

Mörg mismunandi efnasambönd eru þekkt í heiminum: um hundruð milljóna. Og allir þeirra, eins og menn, eru einstaklingar. Þú finnur ekki tvö efni sem hafa sömu efna- og eðliseiginleika fyrir mismunandi samsetningar.

Eitt af áhugaverðustu ólífrænum efnum sem eru til í heiminum er karbít. Í þessari grein munum við ræða uppbyggingu þeirra, líkamlega og efnafræðilega eiginleika, forrit og greina upplýsingar um framleiðslu þeirra. En fyrst, smá um sögu uppgötvunar.

Saga

Metal carbides, formúlurnar sem við munum gefa hér að neðan, eru ekki náttúrulegar efnasambönd. Þetta stafar af því að sameindir þeirra hafa tilhneigingu til að sundrast þegar þau eru samskipti við vatn. Þess vegna er það þess virði að tala um fyrstu tilraunir til að nýta carbíð.

Síðan 1849 hefur verið vísað til myndunar kísilkarbíðs, en sum þessara tilrauna eru ennþá óþekkt. Stórfelld framleiðslu hófst árið 1893 af bandarískum efnafræðingnum Edward Acheson á þann hátt sem síðar var nefndur eftir hann.

Saga um myndun kalsíumkarbíðs er einnig ekki mjög mismunandi. Árið 1862 fékk hann þýska efnafræðingur, Friedrich Wöhler, upphitun samsetta sinks og kalsíums með kolum.

Nú skulum við fara á fleiri áhugaverða köflum: efna- og eðliseiginleikar. Eftir allt saman eru þau kjarna umsóknar þessarar flokks efna.

Eðliseiginleikar

Algerlega öll carbíð eru mismunandi í hörku þeirra. Til dæmis er eitt af fastustu efnunum á Mohs mælikvarða wolframkarbíð (9 af 10 mögulegum stigum). Að auki eru þessi efni mjög eldföst: Bræðslumark sumra þeirra nær tvö þúsund gráður.

Flestar karbítar eru efnafræðilega óvirkir og hafa samskipti við lítið magn af efnum. Þau eru ekki leysanlegt í einhverjum leysiefnum. Hins vegar má líta á samspili við vatn sem upplausn, með eyðingu skuldabréfa og myndun hýdroxíðs úr málmi og kolvetni.

Síðasti viðbrögðin og margar aðrar áhugaverðar efnafræðilegar umbreytingar sem tengjast karbítum verða rædd í næsta kafla.

Efnafræðilegar eiginleikar

Næstum öll karbíð hvarfast við vatn. Sumir eru auðvelt og án upphitunar (td kalsíumkarbíð) og sumir (td kísilkarbíð) - þegar vatnsgufi er hituð í 1800 gráður. Reactivity í þessu tilfelli fer eftir eðli skuldabréfsins í efnasambandinu, sem við munum tala um seinna. Í hvarfinu við vatn myndast mismunandi kolvetni. Þetta gerist vegna þess að vetni sem er í vatni er tengt við kolefnið í karbítinu. Til að skilja hvers konar kolvetni er fengin (eða bæði takmarkandi og ómettaður efnasamband er hægt að fá), má halda áfram með val kolefnisins sem er í upphaflegu efninu. Til dæmis, ef við höfum kalsíumkarbíð, formúlan sem er CaC ₂ , sjáumst við að það inniheldur jón C ₂ ^2- . Þetta þýðir að tveir vetnisjónar með hleðslu + má tengja við það. Þannig fáum við efnasambandið C2H2-asetýlen. Á sama hátt, úr efnasambandi eins og karbít úr ál, formúlan sem er Al ₄ C ₃ , fáum við CH ₄ . Hvers vegna ekki C ₃ H ₁₂ , spyrðu þig? Eftir allt saman, jónin hefur hleðslu af 12-. Staðreyndin er sú að hámarksfjöldi vetnisatóma er ákvörðuð með formúlunni 2n + 2, þar sem n er fjöldi kolefnisatóma. Því getur aðeins verið efnasamband með formúluna C3H8 (própan) og sú jón með hleðslu 12-fellur niður í þrjá jónir með hleðslu 4, sem þau gefa þegar þau sameina við prótónin metan sameindarinnar.

Áhugavert er oxunarviðbrögð karbíða. Þau geta komið fram bæði undir áhrifum sterkra blöndu oxandi efna og í venjulegum brennslu í súrefnisatriðum. Ef með súrefni er allt ljóst: tveir oxíð eru fengnar, þá er það með öðrum oxunarvökum áhugavert. Allt veltur á eðli málmsins sem er hluti af karbítinu, og einnig á eðli oxunarefnisins. Til dæmis myndar kísilkarbíð, formúlan sem SiC, þegar hún er samskipti við blöndu af saltpéturssýru og flúorsýru, hexafluorosilicic sýru með losun koltvísýringa. Og þegar við gerum sömu viðbrögð, en með saltpéturssýru einum, fáum við kísiloxíð og koltvísýring. Oxandi efni geta einnig innihaldið halógen og kalkogena. Með þeim, allir karbít samskipti, viðbrögð formúlu fer aðeins eftir uppbyggingu þess.

Metal carbides, formúlurnar sem við höfum íhugað, eru alls ekki einir fulltrúar þessa flokks efnasambanda. Nú munum við kíkja á hverja iðnaðarlega mikilvæga samsetningu þessa flokks og tala síðan um umsókn sína í lífi okkar.

Hvað eru carbides?

Það kemur í ljós að karbít, formúlan sem segir, CaC _2, er mismunandi í byggingu frá SiC. Og munurinn er fyrst og fremst í eðli tengslanna milli atómanna. Í fyrra tilvikinu erum við að takast á við salt eins og karbít. Þessi flokkur efnasambanda er nefndur svo vegna þess að hún hegðar sér í raun sem salt, það er, það er fær um að dissociate í jónir. Slík jónatengi er mjög veik, sem gerir það auðvelt að framkvæma vatnsrofshvarfið og margar aðrar umbreytingar sem fela í sér milliverkanir milli jóna.

Annar, líklega meira iðnaðarlega mikilvægur gerð karbíðs er samgild karbít: eins og til dæmis SiC eða WC. Þeir einkennast af mikilli þéttleika og styrk. Eins og eldföstum og óvirkum við þynnt efni.

Það eru einnig málmkarbíð. Þeir geta frekar talist málmblöndur með kolefni. Meðal þessara greina má greina til dæmis sementít (járnkarbíð, formúlan sem er mismunandi en að meðaltali er það u.þ.b. það sama: Fe ₃ C) eða steypujárn. Þeir hafa efnafræðilega virkni, milliefni í gráðu milli jónískra og samgildra karbíða.

Hver af þessum undirtegundum flokki efnasambanda sem við erum að ræða hefur hagnýta notkun þess. Um hvernig og hvar hver þeirra á við, munum við tala í næsta kafla.

Hagnýt notkun karbíða

Eins og við höfum þegar rætt, hafa samgildar karbíð stærsta úrval af hagnýtum forritum. Þar á meðal eru slípiefni og klippiefni og samsett efni sem notuð eru á ýmsum sviðum (til dæmis eins og einn af efnunum sem eru í líkamsvopnabúnaðinum) og sjálfvirkum hlutum, rafeindabúnaði, hitameðhöndlum og kjarnorku. Og þetta er ekki heill listi yfir umsóknir þessara superhardkarbíða.

Smærasta notkunin er gerð úr saltmyndandi karbítum. Viðbrögð þeirra við vatn eru notuð sem rannsóknaraðferð til að fá kolvetni. Hvernig þetta gerist, höfum við nú þegar sundur að ofan.

Samhliða samgildum, málm-eins karbítum hefur breiðasta forritið í iðnaði. Eins og við höfum þegar sagt eru slík málm-gerð af efnasamböndunum sem við erum að ræða stál, steypa straujárn og önnur efnasambönd málma með kolmagni. Venjulega er málmurinn sem er í slíkum efnum í flokki d-málma. Þess vegna er hann hneigðist að mynda ekki samgildar skuldabréf, en eins og það var að komast inn í uppbyggingu málmsins.

Að okkar mati eru meira en nóg hagnýt forrit fyrir ofangreind efnasambönd. Nú skulum kíkja á ferlið við að fá þá.

Framleiðsla karbíða

Fyrstu tveir gerðir karbíða sem við höfum íhugað, þ.e. samhliða og salt-eins, eru oftast fengin á einum einfaldan hátt: með því að hvarfast við oxunarefni og kók við háan hita. Á sama tíma er hluti kóksins sem samanstendur af kolefni sameinuð frumefnisatóminu í oxíðinu og myndar karbíð. Hinn hluti "tekur" súrefni og myndar kolmónoxíð. Þessi aðferð er mjög orkufrek, þar sem það krefst þess að viðhalda háum hita (um 1600-2500 gráður) í hvarfarsvæðinu.

Til að fá sumar tegundir efnasambanda eru aðrar viðbrögð notaðar. Til dæmis, niðurbrot efnasambandsins, sem loksins gefur karbít. Viðbragðsformúlan fer eftir tilteknu efnasambandinu, svo við munum ekki ræða það.

Áður en við lýkur greininni munum við ræða nokkrar áhugaverðar karbíur og tala um þær í smáatriðum.

Áhugaverðar efnasambönd

Natríumkarbíð. Formúlan fyrir þetta efnasamband er C2Na2. Þetta getur líklega verið táknað sem asetýlíð (það er afurðin við að skipta vetnisatómum í asetýlen fyrir natríumatóm) og ekki karbíð. Efnaformúlunni endurspeglar ekki fullkomlega þessa næmi, þannig að þeir verða að leita í uppbyggingu. Það er mjög virk efni og hvar sem er í vatni hefur það mjög virkan þátt í því að mynda asetýlen og basa.

Magnesíumkarbíð. Formúla: MgC2. Aðferðir við að fá þetta nægilega virku efnasamband eru áhugaverðar. Einn af þeim bendir til að sinta magnesíumflúoríð með kalsíumkarbíði við háan hita. Þess vegna fást tvær vörur: kalsíumflúoríð og karbítið sem við þurfum. Formúlan fyrir þessa viðbrögð er frekar einföld, og þú getur, ef þú vilt, lesið það í sérhæfðum bókmenntum.

Ef þú ert ekki viss um gagnsemi efnisins í greininni þá er næsta kafli fyrir þig.

Hvernig getur þetta verið gagnlegt í lífinu?

Jæja, fyrst, þekkingu á efnasamböndum getur aldrei verið óþarfi. Það er alltaf betra að vera vopnaður með þekkingu en að vera án þess. Í öðru lagi, því meira sem þú veist um tilvist tiltekinna efnasambanda, því betra skilurðu vélbúnaður myndunar þeirra og lög sem leyfa þeim að vera til.

Áður en ég fer til enda, vil ég gefa nokkrar tillögur um rannsókn á þessu efni.

Hvernig á að læra þetta?

Það er mjög einfalt. Þetta er bara hluti efnafræði. Og það ætti að vera rannsakað samkvæmt kennslubókum efnafræði. Byrjaðu með upplýsingum um skólann og farðu í dýpt, frá kennslubókum skólans og viðmiðunarbókum.

Niðurstaða

Þetta efni er ekki svo einfalt og leiðinlegt sem það virðist við fyrstu sýn. Efnafræði getur alltaf orðið áhugavert ef þú finnur markmið þitt í því.