Maraming iba't ibang compound ng kemikal ang kilala sa mundo: mga daan-daang milyon. At lahat sila, tulad ng mga tao, ay indibidwal. Imposibleng makahanap ng dalawang substance na magkakaroon ng parehong kemikal at pisikal na katangian na may magkaibang komposisyon.
Ang isa sa mga pinakakawili-wiling inorganic na sangkap na umiiral sa mundo ay ang mga carbide. Sa artikulong ito, tatalakayin natin ang kanilang istraktura, pisikal at kemikal na mga katangian, mga aplikasyon at pag-aralan ang mga intricacies ng kanilang produksyon. Ngunit una, kaunti tungkol sa kasaysayan ng pagtuklas.
Kasaysayan
Metal carbide, ang mga formula na ibibigay namin sa ibaba, ay hindi mga natural na compound. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang kanilang mga molekula ay may posibilidad na mabulok kapag nakikipag-ugnayan sa tubig. Samakatuwid, sulit na pag-usapan ang tungkol sa mga unang pagtatangka na mag-synthesize ng mga carbide dito.
Mula 1849 may mga pagtukoy sa synthesis ng silicon carbide, ngunit ang ilan sa mga pagtatangka na ito ay nananatiling hindi nakikilala. Nagsimula ang malakihang produksyon noong 1893 ng American chemist na si Edward Acheson sa isang proseso na kalaunan ay ipinangalan sa kanya.
Ang kasaysayan ng synthesis ng calcium carbide ay hindi rin naiiba sa malaking halaga ng impormasyon. Noong 1862, nakuha ito ng German chemist na si Friedrich Wöhler sa pamamagitan ng pag-init ng alloyed zinc at calcium na may karbon.
Ngayon ay lumipat tayo sa mas kawili-wiling mga seksyon: kemikal atpisikal na katangian. Pagkatapos ng lahat, nasa kanila ang buong diwa ng paggamit ng klase ng mga sangkap na ito.
Mga pisikal na katangian
Ganap na lahat ng carbide ay nakikilala sa pamamagitan ng kanilang katigasan. Halimbawa, ang isa sa pinakamahirap na substance sa Mohs scale ay tungsten carbide (9 sa 10 posibleng puntos). Bilang karagdagan, ang mga sangkap na ito ay napaka-refractory: ang natutunaw na punto ng ilan sa mga ito ay umabot sa dalawang libong degree.
Karamihan sa mga carbide ay hindi chemically inert at nakikipag-ugnayan sa kaunting substance. Ang mga ito ay hindi matutunaw sa anumang solvents. Gayunpaman, ang dissolution ay maaaring ituring na pakikipag-ugnayan sa tubig na may pagkasira ng mga bono at pagbuo ng metal hydroxide at hydrocarbon.
Pag-uusapan natin ang tungkol sa huling reaksyon at marami pang ibang kawili-wiling pagbabagong kemikal na kinasasangkutan ng mga karbida sa susunod na seksyon.
Mga katangian ng kemikal
Halos lahat ng carbide ay nakikipag-ugnayan sa tubig. Ang ilan - madali at walang pag-init (halimbawa, calcium carbide), at ilan (halimbawa, silicon carbide) - sa pamamagitan ng pagpainit ng singaw ng tubig sa 1800 degrees. Ang reaktibiti sa kasong ito ay nakasalalay sa likas na katangian ng bono sa tambalan, na tatalakayin natin sa ibang pagkakataon. Sa reaksyon sa tubig, nabuo ang iba't ibang mga hydrocarbon. Nangyayari ito dahil ang hydrogen na nakapaloob sa tubig ay pinagsama sa carbon sa carbide. Posibleng maunawaan kung aling hydrocarbon ang lalabas (at ang parehong saturated at unsaturated compound ay maaaring lumabas) batay sa valency ng carbon na nilalaman ng orihinal na sangkap. Halimbawa, kung umayroon kaming calcium carbide, ang formula kung saan ay CaC2, nakikita namin na naglalaman ito ng ion C22-. Nangangahulugan ito na ang dalawang hydrogen ions na may + charge ay maaaring ikabit dito. Kaya, nakukuha natin ang tambalang C2H2 - acetylene. Sa parehong paraan, mula sa isang compound tulad ng aluminum carbide, ang formula nito ay Al4C3, makuha natin ang CH 4. Bakit hindi C3H12, tanong mo? Pagkatapos ng lahat, ang ion ay may singil na 12-. Ang katotohanan ay ang pinakamataas na bilang ng mga atomo ng hydrogen ay tinutukoy ng formula 2n + 2, kung saan ang n ay ang bilang ng mga atomo ng carbon. Nangangahulugan ito na isang tambalan lamang na may formula na C3H8 (propane) ang maaaring umiral, at ang ion na iyon na may singil na 12- ay nabubulok sa tatlo mga ion na may singil na 4-, na nagbibigay ng mga molekula ng methane kapag pinagsama sa mga proton.
Oxidation reactions ng carbide ay kawili-wili. Maaari silang mangyari kapwa kapag nalantad sa malakas na pinaghalong mga ahente ng oxidizing, at sa panahon ng ordinaryong pagkasunog sa isang kapaligiran ng oxygen. Kung ang lahat ay malinaw sa oxygen: dalawang oxides ang nakuha, pagkatapos ay sa iba pang mga oxidizing agent ito ay mas kawili-wili. Ang lahat ay nakasalalay sa likas na katangian ng metal na bahagi ng karbid, pati na rin sa likas na katangian ng ahente ng oxidizing. Halimbawa, ang silicon carbide, ang formula kung saan ay SiC, kapag nakikipag-ugnayan sa isang pinaghalong nitric at hydrofluoric acid, ay bumubuo ng hexafluorosilicic acid na may pagpapalabas ng carbon dioxide. At kapag nagsasagawa ng parehong reaksyon, ngunit may nitric acid lamang, nakakakuha tayo ng silicon oxide at carbon dioxide. Ang mga halogens at chalcogens ay maaari ding tawaging mga ahente ng oxidizing. Ang anumang carbide ay nakikipag-ugnayan sa kanila, ang formula ng reaksyon ay nakasalalay lamang sa istraktura nito.
Metal carbide, ang mga formula na aming napag-isipan, ay malayo sa mga tanging kinatawan ng klase ng mga compound na ito. Ngayon ay susuriin natin ang bawat isa sa mahalagang industriyal na mga compound ng klase na ito at pagkatapos ay pag-uusapan ang kanilang aplikasyon sa ating buhay.
Ano ang mga carbide?
Lumalabas na ang carbide, na ang formula, halimbawa, CaC2, ay malaki ang pagkakaiba sa istraktura mula sa SiC. At ang pagkakaiba ay pangunahin sa likas na katangian ng bono sa pagitan ng mga atomo. Sa unang kaso, kami ay nakikitungo sa parang asin na karbid. Ang klase ng mga compound na ito ay pinangalanan dahil ito ay talagang kumikilos tulad ng isang asin, iyon ay, ito ay nagagawang maghiwalay sa mga ion. Napakahina ng naturang ionic bond, na nagpapadali sa pagsasakatuparan ng hydrolysis reaction at marami pang ibang pagbabago, kabilang ang mga interaksyon sa pagitan ng mga ion.
Ang isa pa, marahil mas mahalaga sa industriya, ang uri ng carbide ay ang covalent carbide, gaya ng SiC o WC. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na density at lakas. Matigas din at hindi gumagalaw sa pagtunaw ng mga kemikal.
Mayroon ding mga metal-like carbide. Mas maituturing silang mga haluang metal na may carbon. Kabilang sa mga ito, maaaring makilala ng isang tao, halimbawa, ang cementite (iron carbide, ang pormula nito ay nag-iiba, ngunit sa karaniwan ay tinatayang ang mga sumusunod: Fe3C) o cast iron. Mayroon silang aktibidad na kemikal na intermediate sa antas sa pagitan ng ionic at covalent carbides.
Ang bawat isa sa mga subspecies na ito ng klase ng mga kemikal na compound na tinatalakay natin ay may sariling praktikal na aplikasyon. Paano at saan mag-aplaybawat isa, pag-uusapan natin sa susunod na seksyon.
Praktikal na paglalagay ng mga carbides
Tulad ng napag-usapan na natin, ang mga covalent carbide ay may pinakamalawak na hanay ng mga praktikal na aplikasyon. Ito ay mga abrasive at cutting materials, at composite na materyales na ginagamit sa iba't ibang larangan (halimbawa, bilang isa sa mga materyales na bumubuo sa body armor), at mga piyesa ng sasakyan, at mga elektronikong kagamitan, at mga elemento ng pag-init, at nuclear energy. At hindi ito kumpletong listahan ng mga aplikasyon para sa mga superhard carbide na ito.
S alt-forming carbide ang may pinakamakitid na aplikasyon. Ang kanilang reaksyon sa tubig ay ginagamit bilang isang paraan ng laboratoryo para sa paggawa ng mga hydrocarbon. Napag-usapan na natin kung paano ito nangyayari sa itaas.
Kasama ng covalent, metal-like carbide ang may pinakamalawak na aplikasyon sa industriya. Gaya ng nasabi na natin, ang mga tulad-metal na uri ng mga compound na tinatalakay natin ay mga bakal, cast iron at iba pang metal compound na pinagsalitan ng carbon. Bilang isang patakaran, ang metal na matatagpuan sa naturang mga sangkap ay kabilang sa klase ng d-metal. Iyon ang dahilan kung bakit ito ay hilig na bumuo ng hindi mga covalent bond, ngunit, kumbaga, upang ipasok sa istraktura ng metal.
Sa aming opinyon, ang mga compound sa itaas ay may higit sa sapat na praktikal na mga aplikasyon. Ngayon tingnan natin ang proseso ng pagkuha ng mga ito.
Produksyon ng mga carbide
Ang unang dalawang uri ng carbides na aming sinuri, katulad ng covalent at parang asin, ay kadalasang nakukuha sa isang simpleng paraan: sa pamamagitan ng reaksyon ng oxide ng elemento at coke sa mataas na temperatura. Kasabay nito, bahagiang coke, na binubuo ng carbon, ay pinagsasama sa isang atom ng isang elemento sa komposisyon ng oxide, at bumubuo ng isang karbida. Ang ibang bahagi ay "kumukuha" ng oxygen at bumubuo ng carbon monoxide. Napakaubos ng enerhiya ang paraang ito, dahil nangangailangan ito ng pagpapanatili ng mataas na temperatura (mga 1600-2500 degrees) sa reaction zone.
Ang mga alternatibong reaksyon ay ginagamit upang makakuha ng ilang uri ng mga compound. Halimbawa, ang agnas ng isang tambalan, na sa huli ay nagbibigay ng karbid. Ang formula ng reaksyon ay nakasalalay sa partikular na tambalan, kaya hindi natin ito tatalakayin.
Bago natin tapusin ang ating artikulo, talakayin natin ang ilang kawili-wiling karbida at pag-usapan ang mga ito nang mas detalyado.
Mga kawili-wiling koneksyon
Sodium carbide. Ang formula para sa tambalang ito ay C2Na2. Ito ay maaaring isipin na higit pa bilang isang acetylenide (ibig sabihin, ang produkto ng pagpapalit ng mga atomo ng hydrogen sa acetylene ng mga atomo ng sodium), sa halip na isang karbida. Ang formula ng kemikal ay hindi ganap na sumasalamin sa mga subtleties na ito, kaya dapat silang hanapin sa istraktura. Ito ay isang napaka-aktibong sangkap at sa anumang pakikipag-ugnayan sa tubig ito ay napakaaktibong nakikipag-ugnayan dito sa pagbuo ng acetylene at alkali.
Magnesium carbide. Formula: MgC2. Ang mga pamamaraan para sa pagkuha ng sapat na aktibong tambalang ito ay interesado. Ang isa sa mga ito ay nagsasangkot ng sintering ng magnesium fluoride na may calcium carbide sa mataas na temperatura. Bilang resulta nito, dalawang produkto ang nakuha: calcium fluoride at ang carbide na kailangan natin. Ang formula para sa reaksyong ito ay medyo simple, at mababasa mo ito sa espesyal na literatura kung gusto mo.
Kung hindi ka sigurado tungkol sa pagiging kapaki-pakinabang ng materyal na ipinakita sa artikulo, ang sumusunodseksyon para sa iyo.
Paano ito magiging kapaki-pakinabang sa buhay?
Buweno, una sa lahat, ang kaalaman sa mga kemikal na compound ay hindi kailanman magiging labis. Laging mas mabuti na armado ng kaalaman kaysa maiwan na wala ito. Pangalawa, kapag mas marami kang nalalaman tungkol sa pagkakaroon ng ilang mga compound, mas naiintindihan mo ang mekanismo ng kanilang pagbuo at ang mga batas na nagpapahintulot sa kanila na umiral.
Bago magpatuloy sa dulo, gusto kong magbigay ng ilang rekomendasyon para sa pag-aaral ng materyal na ito.
Paano ito pag-aralan?
Napakasimple. Ito ay isang sangay lamang ng kimika. At dapat itong pag-aralan sa mga aklat-aralin sa kimika. Magsimula sa impormasyon ng paaralan at magpatuloy sa mas malalim na impormasyon mula sa mga aklat-aralin sa unibersidad at mga sangguniang aklat.
Konklusyon
Ang paksang ito ay hindi kasing simple at nakakabagot na tila sa unang tingin. Maaaring palaging maging kawili-wili ang chemistry kung makikita mo ang iyong layunin dito.
