Карбіди

(Перенаправлено з Карбід)

Карбі́ди (англ. carbide, carbonide; нім. Karbide n pl) — бінарні сполуки вуглецю з металами, бором та кремнієм (наприклад, карбід заліза, карбід кальцію).

Карбіди
Зображення
CMNS: Карбіди у Вікісховищі

Загальний опис ред.

Тверді крихкі важкоплавкі речовини, нерозчинні без руйнування в жодному з розчинників. Багато карбідів належить до сполук з найвищими температурами плавлення: TaC (3985 °C), HfC (3890 °C), NbC (3613 °C) тощо.

Сполуки вуглецю з елементами меншої або майже рівної електронегативності. Основні типи:

  • сольові (солеподібні) карбіди (saline carbides), які дають при гідролізі СН4, пр., Ве2C, Al4C3; сольові карбіди, які містять йон [С≡С]2–, пр., Na2C2, K2C2, M2C2 (M = Mg, Ca, Sr, Ba), Ag2C2, Cu2C2, під дією води виділяють ацетилен; сольові карбіди, які містять йон [С=С=С]4–, зустрічаються рідко, це зокрема Mg2C3, що при гідролізі виділяє пропін;
  • карбіди включення; утворюються при нагріванні вуглецю з металами d-блоку, що мають радіуси атомів (rм) більше від 130 пм, пр., Ti, Zr, V, Mo, W, можуть бути описані в термінах тісно упакованої металічної ґратки, порожнини в якій займають атоми вуглецю; карбіди типу M2C (пр., V2C, Nb2C), MC (TiC, WC) дуже тверді, тугоплавкі (>2800 K) матеріали, на відміну від ацетиленідів не реагують з водою;
  • карбіди з іншою структурою кристалічної ґратки; перехідні метали з rм < 130 пм, пр., Cr, Fe, Co, Ni) утворюють карбіди зі стехіометрією Cr3C2, Fe3C, що містять зв'язки С–С, ці карбіди гідролізуються з утворенням вуглеводнів та водню;
  • фулеридні солі;
  • ендоедральні металофулерени.

Класифікація ред.

За типом зв'язку карбіди класифікують на іонні (солеподібні), ковалентні та металоподібні.

  • Іонні карбіди утворюють метали I та II груп періодичної системи, рідкісноземельні елементи та актиніди, а також алюміній. Атом вуглецю в цих сполуках утворює іони C4–, (C=C)4–, (C=C=C)4– та (C=C)2–.
  • Ковалентні карбіди утворюють бор та кремній: SiC (карборунд), B4C.
  • Металоподібні карбіди утворюють перехідні метали IV–VII груп періодичної системи (наприклад, TiC, Mo2C, цементит Fe3C). В їхніх кристалах зв'язок метал-метал металічний, а негативно заряджені атоми вуглецю не поєднані один з одним.

Найважливіший представник ред.

Докладніше: Карбід кальцію

Важливе практичне значення має карбід кальцію СаС2, який добувають прожарюванням суміші вугілля з вапном:

  • СаО + 3С = СаС2 + СО↑

Цей процес проводять зазвичай в потужних електричних печах.

Відомий також спосіб отримання карбіду кальцію в шахтних печах типу доменних, в яких необхідна для утворення карбіду висока температура (до 2000 °С і вище) досягається вдуванням в піч повітря, збагаченого киснем. Цей спосіб дозволяє економити значну кількість електричної енергії, проте поки він ще не знайшов широкого практичного застосування.

Чистий карбід кальцію абсолютно безбарвний і прозорий, технічний же складається з твердих, непрозорих шматків темно-сірого кольору. З карбіду кальцію дією на нього води, одержують ацетилен, який широко використовується в різних виробництвах; значні кількості карбіду кальцію споживаються заводами, що виробляють цінне добриво — ціанамід кальцію.

Добування ред.

Карбіди добувають із простих речовин, відновленням оксидів, газофазним та металотермічним способами.

Хімічні властивості ред.

Іонні карбіди гідролізують:  

  • Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Так само руйнуються водою окремі металоподібні карбіди, але тут продукти різноманітніші:

  • Mn3C + 6H2O = 3Mn(OH)2 + CH4↑ + H2

Карбіди, стійкі до води та розчинів кислот, можна зруйнувати стопленням із лугами під доступом повітря:

  • 2WC + 8NaOH + 5O2 = 2Na2WO4 + 2Na2CO3 + 4H2O↑

Застосування ред.

Застосовують карбіди у виробництві металокерамічних і вилитих твердих сплавів для металообробки, буріння гірських порід тощо. В реакціях їх застосовують як відновники, розкислювачі та каталізатори.

Література ред.

  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
  • В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-4
  • Карбиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М. : Сов. энцикл., 1990. — Т. 2 : Даффа реакция — Меди сульфат. — Стб. 623. — Библиогр. в конце ст. — ISBN 5-85270-035-5.(рос.)
  • Некрасов Б. В. Основы общей химии. Т. 1. — Изд. 3-е, испр. и доп. — Москва : Химия, 1973. — 656 с.; 160 табл.; 391 рис.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0