Baie verskillende chemiese verbindings is in die wêreld bekend: ongeveer honderde miljoene. En almal van hulle, soos mense, is individueel. Dit is onmoontlik om twee stowwe te vind wat dieselfde chemiese en fisiese eienskappe met verskillende samestelling sal hê.
Een van die interessantste anorganiese stowwe wat in die wêreld bestaan, is karbiede. In hierdie artikel sal ons hul struktuur, fisiese en chemiese eienskappe, toepassings bespreek en die ingewikkeldhede van hul produksie ontleed. Maar eers 'n bietjie oor die geskiedenis van die ontdekking.
Geskiedenis
Metaalkarbiede, die formules waarvan ons hieronder sal gee, is nie natuurlike verbindings nie. Dit is te wyte aan die feit dat hul molekules geneig is om te ontbind wanneer hulle met water in wisselwerking tree. Daarom is dit die moeite werd om te praat oor die eerste pogings om karbiede hier te sintetiseer.
Vanaf 1849 is daar verwysings na die sintese van silikonkarbied, maar sommige van hierdie pogings word nie herken nie. Grootskaalse produksie het in 1893 deur die Amerikaanse chemikus Edward Acheson begin in 'n proses wat later na hom vernoem is.
Die geskiedenis van die sintese van kalsiumkarbied verskil ook nie in 'n groot hoeveelheid inligting nie. In 1862 het die Duitse chemikus Friedrich Wöhler dit verkry deur gelegeerde sink en kalsium met steenkool te verhit.
Kom ons gaan nou aan na meer interessante afdelings: chemiese enfisiese eienskappe. Dit is immers in hulle wat die hele essensie van die gebruik van hierdie klas stowwe lê.
Fisiese eienskappe
Absoluut alle karbiede word deur hul hardheid onderskei. Byvoorbeeld, een van die hardste stowwe op die Mohs-skaal is wolframkarbied (9 uit 10 moontlike punte). Boonop is hierdie stowwe baie vuurvast: die smeltpunt van sommige van hulle bereik tweeduisend grade.
Die meeste karbiede is chemies inert en wissel met 'n klein hoeveelheid stowwe. Hulle is onoplosbaar in enige oplosmiddels. Ontbinding kan egter beskou word as interaksie met water met die vernietiging van bindings en die vorming van metaalhidroksied en koolwaterstof.
Ons sal in die volgende afdeling praat oor die laaste reaksie en baie ander interessante chemiese transformasies wat karbiede insluit.
Chemiese eienskappe
Byna alle karbiede werk in wisselwerking met water. Sommige - maklik en sonder verhitting (byvoorbeeld kalsiumkarbied), en sommige (byvoorbeeld silikonkarbied) - deur waterdamp tot 1800 grade te verhit. Die reaktiwiteit in hierdie geval hang af van die aard van die binding in die verbinding, wat ons later sal bespreek. In die reaksie met water word verskeie koolwaterstowwe gevorm. Dit gebeur omdat die waterstof in die water met die koolstof in die karbied kombineer. Dit is moontlik om te verstaan watter koolwaterstof sal uitkom (en beide versadigde en onversadigde verbindings kan uitdraai) gebaseer op die valensie van die koolstof vervat in die oorspronklike stof. Byvoorbeeld, as uons het kalsiumkarbied, waarvan die formule CaC2 is, ons sien dat dit die ioon C22- bevat. Dit beteken dat twee waterstofione met 'n + lading daaraan geheg kan word. Dus kry ons die verbinding C2H2 - asetileen. Op dieselfde manier, vanaf 'n verbinding soos aluminiumkarbied, waarvan die formule Al4C3 is, kry ons CH 4. Hoekom nie C3H12 nie, vra jy? Die ioon het immers 'n lading van 12-. Die feit is dat die maksimum aantal waterstofatome bepaal word deur die formule 2n + 2, waar n die aantal koolstofatome is. Dit beteken dat slegs 'n verbinding met die formule C3H8 (propaan) kan bestaan, en daardie ioon met 'n lading van 12- verval in drie ione met 'n lading van 4-, wat metaanmolekules gee wanneer dit met protone gekombineer word.
Oksidasiereaksies van karbiede is interessant. Hulle kan beide voorkom wanneer hulle aan sterk mengsels van oksideermiddels blootgestel word, en tydens gewone verbranding in 'n suurstofatmosfeer. As alles helder is met suurstof: twee oksiede word verkry, dan is dit met ander oksideermiddels interessanter. Dit hang alles af van die aard van die metaal wat deel is van die karbied, sowel as van die aard van die oksideermiddel. Byvoorbeeld, silikonkarbied, waarvan die formule SiC is, vorm, wanneer dit in wisselwerking met 'n mengsel van salpeter- en fluoresuursure, heksafluorosiliciumsuur met die vrystelling van koolstofdioksied. En wanneer dieselfde reaksie uitgevoer word, maar met net salpetersuur, kry ons silikonoksied en koolstofdioksied. Halogene en chalkogene kan ook na verwys word as oksideermiddels. Enige karbied is in wisselwerking met hulle, die reaksieformule hang slegs af van die struktuur daarvan.
Metaalkarbiede, waarvan die formules ons oorweeg het, is ver van die enigste verteenwoordigers van hierdie klas verbindings. Nou sal ons elkeen van die industrieel belangrike verbindings van hierdie klas van nader bekyk en dan praat oor hul toepassing in ons lewens.
Wat is karbiede?
Dit blyk dat karbied, waarvan die formule, byvoorbeeld, CaC2, aansienlik verskil in struktuur van SiC. En die verskil is hoofsaaklik in die aard van die binding tussen atome. In die eerste geval het ons te doen met soutagtige karbied. Hierdie klas verbindings word so genoem omdat dit eintlik soos 'n sout optree, dit wil sê, dit is in staat om in ione te dissosieer. So 'n ioniese binding is baie swak, wat dit maklik maak om die hidrolisereaksie en baie ander transformasies uit te voer, insluitend interaksies tussen ione.
'n Ander, miskien meer industrieel belangrike, tipe karbied is die kovalente karbied, soos SiC of WC. Hulle word gekenmerk deur hoë digtheid en sterkte. Ook vuurvast en inert om chemikalieë te verdun.
Daar is ook metaalagtige karbiede. Hulle kan eerder as legerings van metale met koolstof beskou word. Hieronder kan 'n mens byvoorbeeld sementiet (ysterkarbied waarvan die formule verskil, maar gemiddeld ongeveer die volgende is: Fe3C) of gietyster onderskei. Hulle het 'n chemiese aktiwiteit intermediêr in graad tussen ioniese en kovalente karbiede.
Elkeen van hierdie subspesies van die klas chemiese verbindings wat ons bespreek, het sy eie praktiese toepassing. Hoe en waar om aansoek te doenoor elkeen sal ons in die volgende afdeling praat.
Praktiese toepassing van karbiede
Soos ons reeds bespreek het, het kovalente karbiede die wydste reeks praktiese toepassings. Dit is skuur- en snymateriaal, en saamgestelde materiale wat in verskeie velde gebruik word (byvoorbeeld, as een van die materiale waaruit lyfwapens bestaan), en motoronderdele, en elektroniese toestelle, en verwarmingselemente, en kernenergie. En dit is nie 'n volledige lys van toepassings vir hierdie superharde karbiede nie.
Soutvormende karbiede het die smalste toediening. Hul reaksie met water word as 'n laboratoriummetode vir die vervaardiging van koolwaterstowwe gebruik. Ons het reeds hierbo bespreek hoe dit gebeur.
Saam met kovalente, het metaalagtige karbiede die wydste toepassing in die industrie. Soos ons reeds gesê het, is so 'n metaalagtige tipe van die verbindings wat ons bespreek, staal, gietyster en ander metaalverbindings afgewissel met koolstof. As 'n reël behoort die metaal wat in sulke stowwe voorkom aan die klas d-metale. Daarom is dit geneig om nie kovalente bindings te vorm nie, maar as 't ware in die struktuur van die metaal ingebring te word.
Na ons mening het die bogenoemde verbindings meer as genoeg praktiese toepassings. Kom ons kyk nou na die proses om dit te bekom.
Produksie van karbiede
Die eerste twee tipes karbiede wat ons ondersoek het, naamlik kovalent en soutagtig, word meestal op een eenvoudige manier verkry: deur die reaksie van die oksied van die element en kooks by hoë temperatuur. Terselfdertyd, deelkooks, wat uit koolstof bestaan, kombineer met 'n atoom van 'n element in die samestelling van die oksied, en vorm 'n karbied. Die ander deel "vat" suurstof en vorm koolstofmonoksied. Hierdie metode is baie energieverbruik, aangesien dit vereis dat 'n hoë temperatuur (ongeveer 1600-2500 grade) in die reaksiesone gehandhaaf word.
Alternatiewe reaksies word gebruik om sekere tipes verbindings te verkry. Byvoorbeeld, die ontbinding van 'n verbinding, wat uiteindelik 'n karbied gee. Die reaksieformule hang af van die spesifieke verbinding, so ons sal dit nie bespreek nie.
Voordat ons ons artikel afsluit, kom ons bespreek 'n paar interessante karbiede en praat in meer besonderhede daaroor.
Interessante verbindings
natriumkarbied. Die formule vir hierdie verbinding is C2Na2. Dit kan meer beskou word as 'n asetileenied (d.w.s. die produk van die vervanging van waterstofatome in asetileen deur natriumatome), eerder as 'n karbied. Die chemiese formule weerspieël nie hierdie subtiliteite ten volle nie, daarom moet hulle in die struktuur gesoek word. Dit is 'n baie aktiewe stof en in enige kontak met water tree dit baie aktief daarmee in met die vorming van asetileen en alkali.
Magnesiumkarbied. Formule: MgC2. Metodes om hierdie voldoende aktiewe verbinding te verkry is van belang. Een daarvan behels die sintering van magnesiumfluoried met kalsiumkarbied by hoë temperatuur. As gevolg hiervan word twee produkte verkry: kalsiumfluoried en die karbied wat ons benodig. Die formule vir hierdie reaksie is redelik eenvoudig, en jy kan dit in die gespesialiseerde literatuur lees as jy wil.
As jy nie seker is oor die bruikbaarheid van die materiaal wat in die artikel aangebied word nie, dan die volgendeafdeling vir jou.
Hoe kan dit nuttig wees in die lewe?
Wel, eerstens, kennis van chemiese verbindings kan nooit oorbodig wees nie. Dit is altyd beter om met kennis gewapen te wees as om daarsonder gelaat te word. Tweedens, hoe meer jy weet van die bestaan van sekere verbindings, hoe beter verstaan jy die meganisme van hul vorming en die wette wat hulle toelaat om te bestaan.
Voordat ek aangaan tot die einde, wil ek graag 'n paar aanbevelings gee vir die bestudering van hierdie materiaal.
Hoe om dit te bestudeer?
Baie eenvoudig. Dit is net 'n tak van chemie. En dit moet in chemie-handboeke bestudeer word. Begin met skoolinligting en gaan aan na meer in-diepte inligting uit universiteitshandboeke en naslaanboeke.
Gevolgtrekking
Hierdie onderwerp is nie so eenvoudig en vervelig soos dit met die eerste oogopslag lyk nie. Chemie kan altyd interessant wees as jy jou doel daarin vind.
