Карбіди

Шаблон:Unibox Карбі́ди (Шаблон:Lang-en; Шаблон:Lang-de n pl) — бінарні сполуки вуглецю з металами, бором та кремнієм (наприклад, карбід заліза, карбід кальцію).

Загальний опис

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;
• ендоедричні металофулерени.

Класифікація

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 C^4–, (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

Шаблон:Main 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

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

Хімічні властивості

Іонні карбіди гідролізують: $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2+\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$

• 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

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

• Шаблон:МГЕ
• 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
• Шаблон:ХЭ
• Шаблон:Некрасов Общая химия Т1
• 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