Karbür: formula, tətbiq və xüsusiyyətləri

Dünyada bir çox müxtəlif kimyəvi birləşmələr var: yüz milyonlarla. Və hamısı, insanlar kimi fərdi. Müxtəlif kompozisiyalar üçün eyni kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərə malik olan iki maddəni tapa bilməyəcəksiniz.

Dünyada ən maraqlı qeyri-üzvi maddələrdən biri karbidlərdir. Bu yazıda onların strukturunu, fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərini müzakirə edəcəyik, istehsalın detallarını tətbiq edəcəyik və təhlil edəcəyik. Ancaq əvvəlcə kəşf tarixi ilə əlaqədar bir az məlumat verdim.

Tarix

Metal karbidləri, aşağıda verəcəyimiz formullar təbii birləşmələr deyil. Bu, onların molekullarının su ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda parçalanma meyli ilə bağlıdır. Buna görə, burada karbidləri sintez etmək üçün ilk cəhdlərdən danışmaq lazımdır.

1849-cu ildən bəri silikon karbid sintezinə istinadlar olmuşdur, lakin bu cəhdlərin bəziləri tanınmır. Böyük miqyaslı istehsal 1893-cü ildə amerikalı kimyacı Edward Acheson tərəfindən daha sonra adı verilmiş bir şəkildə başlamışdır.

Kalsium karbid sintezinin tarixi də çox fərqli deyil. 1862-ci ildə bir alman kimyacı, Friedrich Wöhler, kömürlə qızdırılan sink və kalsium qazanıb.

İndi daha maraqlı bölmələrə keçək: kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlər. Bütün bunlardan ötəri, bu maddə sinifinin tətbiqi mahiyyəti.

Fiziki xüsusiyyətlər

Qətiliklə bütün karbürlər sərtliklərində fərqlənir. Məsələn, Mohs miqyasında ən möhkəm maddələrdən biri tungsten karbiddir (10 mümkün nöqtədən 9). Bundan əlavə, bu maddələr çox refrakterdir: bəzilərinin ərimə nöqtəsi iki min dərəcəyə çatır.

Çox karbidlər kimyəvi cəhətdən təsirsizdir və az miqdarda maddələrlə qarşılıqlı fəaliyyət göstərirlər. Hər hansı həlledicilərdə həll etmirlər. Bununla birlikdə, su ilə qarşılıqlı bağlanma, bağların məhv edilməsi və bir metal və hidrokarbonun bir hidroksidinin meydana gəlməsi ilə həll edilə bilər.

Son reaksiya və karbidləri ehtiva edən digər maraqlı kimyəvi dəyişikliklər növbəti hissədə müzakirə olunacaq.

Kimyəvi xüsusiyyətlər

Demək olar ki, bütün karbidlər su ilə reaksiya verirlər. Bəziləri asanlıqla və istilik olmadan (məsələn, kalsium karbür) və bəziləri (məsələn, silikon karbür) - su buxarı 1800 dərəcə qızdırıldığında. Bu vəziyyətdə reaktivlik daha sonra danışacağımız mürəkkəb bəndin təbiətindən asılıdır. Su ilə reaksiyada müxtəlif karbohidrogenlər meydana gəlir. Bu, su içərisində olan hidrogen karbid içərisindəki karbonun bağlanmasıdır. Nə cür karbohidrogenlərin əldə edildiyini anlamaq üçün (ya da həm məhdudlaşdırıcı, həm də doymamış mürəkkəb əldə edilə bilər) başlanğıc maddədə olan karbonun valentlikindən davam edə bilər. Məsələn, əgər kalsium karbid varsa, onun formulu CaC2, biz onun C2 _2- ionunu ehtiva etdiyini görürük. Bu, bir yüklə + iki hidrogen ionuna əlavə edilə bilər. Beləliklə, biz C2H2-asetilen mürəkkəbini əldə edirik. Eyni şəkildə, formulası Al ₄ C ₃ olan alüminium karbid kimi bir mürəkkəbdən CH ₄ qazanırıq. Niyə C ₃ H ₁₂ , soruşursunuz? Bütün bunlardan sonra, ionun 12-ə qədər məsuliyyəti var. Əslində, hidrogen atomlarının maksimal sayını 2n + 2 formulu ilə müəyyən edir, burada n - karbon atomlarının sayıdır. Beləliklə, yalnız C ₃ H ₈ (propan) formulu olan bir tərkib var və 12 nüsxəsi olan ionun metan molekulunun protonları ilə birləşdikdə verdikləri 4 ionu ilə üç iona bölünür.

Karbidlərin oksidləşmə reaksiyaları maraqlıdır. Bunlar həm oksidantların güclü qarışıqları, həm də oksigen atmosferində adi yanma təsirində baş verə bilər. Əgər oksigen ilə hər şey aydındırsa, iki oksid əldə edilir, daha sonra digər oksidləşdirici maddələrlə daha maraqlıdır. Hər şey karbidin bir hissəsi olan metalın təbiətinə, həmçinin oksidanın təbiətinə bağlıdır. Məsələn, nitrik və hidroflorik turşuların bir qarışığı ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda SiC olan formulası silikon karbür karbon dioksid emissiyası ilə heksafluorosilikik turşu təşkil edir. Həmin reaksiyanı yerinə yetirərkən, lakin yalnız nitrat turşusu ilə silikon oksidi və karbon dioksidi əldə edirik. Oxidizatorlar həmçinin halojenlər və xalkogenləri də əhatə edə bilər. Onlarla birlikdə hər hansı bir karbür qarşılıqlı fəaliyyət göstərir, reaksiya forması yalnız onun strukturundan asılıdır.

Biz baxdığımız formullar metal karbidlər, bu birləşmələrin sinifinin yeganə nümayəndələri deyil. İndi biz bu sinifin hər bir sənayesi cəhətdən əhəmiyyətli birləşməsinə daha yaxın nəzər salacağıq və daha sonra həyatımızda onların tətbiqi barədə danışacağıq.

Karbid nədir?

Çıxar ki, karbür, onun formulası, CaC _2, SiC-dən olan strukturda fərqlənir. Və fərq əsasən atomlar arasındakı əlaqənin təbiətindədir. Birinci halda, biz bir duz kimi carbide ilə məşğul oluruq. Birləşmələrin bu sinfi belə bir duz kimi hərəkət edir, yəni ionlara ayrışa bilir. Belə bir ion bağı çox zəifdir və bu, hidroliz reaksiyasını və ionlar arasındakı qarşılıqlı təsirləri əks etdirən bir çox dəyişməni asanlaşdırır.

Digər bir ehtimal daha əhəmiyyətli karbid növü kovalent karbidlərdir: məsələn, SiC və ya WC. Onlar yüksək sıxlıq və güc ilə xarakterizə olunur. Kimyəvi maddələrin səpilməməsi üçün odadavamlı və təsirsizdir.

Metal kimi karbidlər də var. Onlar daha çox karbonlu metalların ərintiləri hesab edilə bilər. Bunlar arasında, misal üçün, cementit (dəmir karbür, onun formülü dəyişir, lakin orta hesabla təxminən eynidır: Fe ₃ C) və ya dəmir dəmirini fərqləndirə bilərik. Onlar ion və kovalent karbidlər arasındakı dərəcədə aralıq dərəcədə kimyəvi fəaliyyət göstərirlər.

Biz müzakirə etdiyimiz kimyəvi birləşmələrin siniflərinin bu alt növlərinin hər biri onun praktik tətbiqinə malikdir. Onların hər biri necə və harada tətbiq edildiyi haqqında növbəti bölmədə danışacağıq.

Karbidlərin praktiki tətbiqi

Daha əvvəl müzakirə etdiyimiz kimi, kovalent karbidlər ən çox tətbiq olunan tətbiqlərə malikdir. Bunlara aşındırıcı və kəsici materiallar daxildir və müxtəlif sahələrdə (məsələn, bədən zirehinə daxil edilmiş materiallardan biri kimi) istifadə olunan kompozit materiallar və avto hissələri, elektron qurğular, istilik elementləri və nüvə enerjisi daxildir. Və bu, bu superhard karbidlərin tətbiqlərinin tam siyahısı deyil.

Ən dar istifadə duzdan meydana gələn karbidlərdən ibarətdir. Su ilə reaksiya hidrokarbonların alınması üçün laboratoriya üsulu kimi istifadə olunur. Bu necə olur, biz artıq sökülmüşdük.

Kovalentlə yanaşı, metal kimi karbidlər sənayedə ən geniş tətbiq olunur. Artıq dediyimiz kimi, biz müzakirə olunan birləşmələrin belə bir metal növü, polad, dəmir ütülər və karbon emdirmə ilə digər metal birləşmələridir. Bir qayda olaraq, bu maddələrdə olan metal d-metal sinifinə aiddir. Ona görə də kovalent bağlar meydana gətirməyə məcburdur, lakin metalın strukturuna nüfuz edərdi.

Bizim fikrimizcə, yuxarıda göstərilən birləşmələr üçün kifayət qədər praktiki tətbiqlər mövcuddur. İndi onları əldə etmək prosesinə nəzər salaq.

Karbidlərin istehsalı

Biz nəzərdən keçirdikləri ilk iki növ karbid, yani kovalent və duz kimi, ən çox sadə bir üsulla əldə edilir: elementar oksid və koksu yüksək temperaturda reaksiya ilə. Eyni zamanda, karbondan ibarət olan koksun tərkib hissəsi oksid element atomu ilə birləşir və karbid olur. Digər hissədə "oksigen" olur və karbon monoksit təşkil edir. Reaksiya zonasında yüksək temperatur (təxminən 1600-2500 dərəcə) saxlamaq tələb olunduğu üçün bu metod çox enerjili olur.

Bəzi növlər əldə etmək üçün alternativ reaksiyalar istifadə olunur. Məsələn, qarışıq verən mürəkkəbin parçalanması. Reaksiya formulu xüsusi mürəkkəbdən asılıdır, buna görə biz bunu müzakirə etməyəcəyik.

Yazıımızı tamamlamadan əvvəl, bəzi maraqlı karbidləri müzakirə edəcəyik və daha ətraflı danışa bilərik.

Maraqlı birləşmələr

Sodyum karbür. Bu mürəkkəb üçün formula C2 Na2'dir. Bu daha çox ehtimala asetilid (yəni, sodyum atomları üçün asetilendə hidrogen atomlarının əvəzlənməsi məhsulu) və karbid deyil, təmsil edilə bilər. Kimyəvi formul bu incəlikləri tamamilə əks etdirmir, buna görə də onlar strukturda axtarılmalıdır. Bu, çox aktif bir maddədir və su ilə hər hansı bir təmasda asetilen və alkalinin meydana gəlməsi ilə çox fəal iştirak edir.

Maqnezium karbür. Formula: MgC ₂ . Bu kifayət qədər aktiv birləşməni əldə etmək üsulları maraqlıdır. Onlardan biri yüksək temperaturda kalsium karbür ilə maqnezium fluoridin sinterləşməsini təklif edir. Nəticədə iki məhsul əldə edilir: kalsium florid və lazım olan karbür. Bu reaksiyanın forması olduqca sadədir və istəsən, onu xüsusi ədəbiyyatda oxuya bilərsiniz.

Əgər məqalədə materialın faydalılığı barədə əmin deyilsinizsə, onda növbəti bölmə sizin üçündür.

Bu həyatda necə faydalı ola bilər?

Bəli, ilk növbədə kimyəvi birləşmələrin bilikləri heç vaxt artıq ola bilməz. Bilinməməsi ilə silahlı olmaq həmişə daha yaxşıdır. İkincisi, müəyyən birləşmələrin mövcudluğunu daha çox bilirsinizsə, onların formalaşma mexanizmini və onların mövcud olmasını təmin edən qanunları daha yaxşı başa düşürsünüz.

Sona getməzdən əvvəl bu materialın öyrənilməsi ilə bağlı bir sıra tövsiyələr vermək istərdim.

Bunu necə öyrənmək olar?

Çox sadədir. Bu, yalnız bir kimya bölümüdür. Kimya dərsliklərinə görə öyrənilməlidir. Məktəb məlumatları ilə başlayın və universitet dərsliklərindən və dərs kitablarından daha dərindən öyrənin.

Nəticə

Bu mövzu ilk baxışdan göründüyü qədər sadə və darıxdırıcı deyil. Bu məqsədi tapmaqda kimya həmişə maraqlı ola bilər.