Здравствуйте, мои уважаемые читатели!
После изучения свойств углерода и его разнообразных масок - аллотропных модификаций - можно рассмотреть его соединения с другими элементами. И начнем мы, пожалуй, с карбидов.
Итак, карбиды, условно говоря, представляют собой соединения углерода с металлами (например, с железом, титаном, хромом, гафнием), а также с бором и кремнием. Обратите внимание: в карбиды вместе с углеродом объединяются элементы с величинами электроотрицательности либо меньшей, либо практически одинаковой с таковой у углерода. То есть соединения углерода, например, с кислородом, серой, галогенами мы в группу карбидов не относим.
Карбиды не так уж и молоды, впервые карбид калия был получен еще в 1809 году усилиями английского химика Гемфри Дэви. Чуть позже, в 1863 году, коллега Дэви француз Марселен Бертло изучил свойства неустойчивого карбида меди одновалентной. Но карбиды можно получить не только в лаборатории, они запросто "живут" и в природе: в 1889 году австрийский ученый Вайнсхенк обнаружил в метеоритной породе минерал когенит - смешанный карбид железа, никеля и кобальта.
Карбиды - довольно необычные "товарищи". Перечислим их физические свойства:
- высокая твердость. Чтобы разрушить карбиды придется приложить недюжинную механическую силу. Некоторые карбиды в этом отношении можно даже сравнить с алмазом. За счет своей твердости материалы на основе карбидов применяются в военном машиностроении, строительстве, для изготовления абразивных и шлифовальных изделий;
- высокая температура плавления, устойчивость при температурных скачках. В среднем температура плавления для карбидов колеблется в пределах от 1500 до 2000 градусов;
- химическая инертность, устойчивость к коррозии (ржавчине), что придает материалам внушительный срок службы. На карбиды бора и тантала не действует даже царская водка! Но в химии, как и в жизни, всегда бывают исключения: карбид золота берет - да и взрывается уже при попытке пересыпать его с листочка фильтровальной бумаги.
Физические и химические свойства того или иного карбида, как правило, определяются типом химической связи между элементами.
1) Солеобразные карбиды. В составе таких карбидов присутствуют щелочные, щелочно-земельные металлы, алюминий, редкоземельные элементы.
Тип химической связи: ионная.
Физические свойства: высокая температура плавления (2300 градусов для карбида кальция, 2655 градусов для карбида тория).
Химические свойства:
- реакция с разбавленными кислотами;
- гидролиз (разложение водой). Продуктом реакции являются гидроксид металла и некий углеводород. Карбиды щелочных и щелочно-земельных металлов взаимодействуют с водой очень бурно. Надо сказать, что гидролиз карбидов имеет широкое практическое значение. Тот же получаемый ацетилен при горении выделяет большое количество тепла, поэтому применяется для кислородной сварки, резки или напайки.
Способы получения:
- непосредственное соединение элементов друг с другом;
- восстановление оксидов при помощи углерода;
- пропускание углеводородов через растворы солей металлов. Так получают карбиды серебра, меди(I), золота и ртути, которые называют ацетиленидами. Ацетилениды щелочных металлов можно получить действием ацетилена на свободные металлы.
2) Карбиды переходных металлов (IV-VII групп, кобальт, железо, никель, хром). Такие карбиды можно назвать металлоподобными соединениями, в которых небольшие по размерам атомы углерода располагаются в пустотах между атомами металла. Отсюда еще одно название - "карбиды внедрения". Особенность этих карбидов - разный состав даже для одного и того же металла.
Физические свойства: большая твердость, очень высокие температуры плавления (3985 градусов для карбида тантала, 3890 градусов для карбида гафния), высокая электропроводность.
Химические свойства: настоящие стойкие "солдатики", устойчивы к агрессивным средам (кислотам, щелочам, солям). Но! Если в составе карбида имеется металл с относительно небольшим радиусом атома (например, хром, железо, марганец, никель), то в присутствии углерода наблюдаются искажения кристаллической решетки, и такие карбиды подвергаются гидролизу, при котором образуются гидроксиды соответствующих металлов и набор углеводородов.
Применение:
- упрочнение чугуна и стали (карбиды железа, хрома, вольфрама, молибдена);
- в производстве очень твердых сплавов, которые применяют для обработки металлов резанием. Например, твердые наконечники сверл делают из победита – спеченного порошка карбида вольфрама с добавлением металлического кобальта;
- карбид вольфрама используют для изготовления деталей различной промышленной аппаратуры;
- карбид титана добавляют в жаропрочные, жаростойкие сплавы для получения износостойких покрытий, для изготовления тугоплавких тиглей, в которых можно плавить металлы. Карбидом титана выкладывают внутренние стенки высокотемпературных печей.
3) Ковалентные карбиды, образованные кремнием и бором - "соседями" углерода по Таблице Менделеева. Кремний и бор близки углероду по размеру атомов и величине электроотрицательности.
Физические свойства: чистый карбид кремния (карборунд) представляет собой бесцветные кристаллы, но примеси способны окрасить его в различные цвета, даже в черный. По структуре кристаллической решетки напоминает алмаз. Карборунд очень тверд, обладает свойствами полупроводника. Из него изготавливают шлифовальные круги, огнеупорные материалы, нагревательные элементы, диоды.
Карбид бора весьма красив - это черные блестящие кристаллы, которые по твердости уступают лишь алмазу. Этот карбид применяют для изготовления абразивных и шлифовальных материалов. Карбид бора, обогащенный изотопом "бор-10", используется как поглотитель нейтронов в ядерных реакторах.
Получение: восстановление углем соответствующих оксидов.
Вот мы и "набросали" себе примерное досье на карбиды. Время двигаться дальше, тем более свое долгое отсутствие на канале я теперь просто обязана возместить свежими статьями. ))) Так что, до скорых встреч!
