Karbidas, bet kuris iš cheminių junginių klasės, kuriame anglis yra sujungta su metaliniu arba pusmetaliu elementu. Kalcio karbidas yra svarbiausias acetileno ir kitų cheminių medžiagų šaltinis, tuo tarpu silicio, volframo ir keleto kitų elementų karbidai yra vertinami dėl jų fizinio kietumo, stiprumo ir atsparumo cheminėms medžiagoms net esant labai aukštai temperatūrai. Geležies karbidas (cementitas) yra svarbi plieno ir ketaus sudedamoji dalis.
urano perdirbimas: karbido kuras
Yra žinomi įvairūs urano ir plutonio karbidai, įskaitant monokarbidus (UC, PuC), sesquicarbides (U2C3, .
Karbidų paruošimas
Karbidai yra gaminami iš anglies ir panašaus ar mažesnio elektronegatyvumo elemento, paprastai metalo arba metalo oksido, esant 1000–2 800 ° C (1 800–5 100 ° F) temperatūrai. Beveik bet kurį karbidą galima paruošti vienu iš kelių bendrųjų būdų. Pirmasis metodas apima tiesioginį elementų derinimą aukštoje temperatūroje (2 000 ° C [3 600 ° F] ar aukštesnėje temperatūroje). Antrasis metodas yra metalo junginio, paprastai oksido, reakcija su anglimi aukštoje temperatūroje. Du papildomi metodai apima junginio, kurio metalo arba metalo druskos su angliavandenilio, paprastai acetileno, C 2 H 2. Pagal vieną iš metodų šildomas metalas reaguoja su dujiniu angliavandeniliu; į kitą, metalas yra ištirpinamas skystame amoniake, NH 3, ir angliavandenilių yra burbuliukais leidžiamas per tirpalą. Karbidai, paruošti acetilenu, yra vadinami acetilidais ir juose yra C 2 2- anijonas. Pavyzdžiui, šarminių metalų acetilidai geriausiai paruošiami ištirpinant šarminį metalą skystame amoniake ir per tirpalą praleidžiant acetileną. Šie junginiai, kurie turi bendrąją formulę M 2 C 2 (kur M yra metalas), yra bespalviai, kristalinės kietos medžiagos. Jie žaibiškai reaguoja su vandeniu ir, kaitinami ore, oksiduojasi į karbonatą. Šarminių žemių karbidai taip pat yra acetilidai. Jie turi bendrą formulę MC 2 ir yra paruošti kaitinant šarminių žemių metalą acetilenu aukštesnėje kaip 500 ° C (900 ° F) temperatūroje.
Karbidų klasifikacija
Karbidus klasifikuoti pagal struktūros tipą yra gana sunku, tačiau trys bendros klasifikacijos kyla dėl bendrųjų jų savybių tendencijų. Labiausiai elektropozityvūs metalai sudaro joninius arba druskos pavidalo karbidus, pereinamieji metalai periodinės lentelės viduryje yra linkę formuoti vadinamuosius intersticinius karbidus, o elektronegatyvumo metalai, panašūs į anglies, sudaro kovalentinius arba molekulinius karbidus.
Joniniai karbidai
Joniniai karbidai turi atskirus anglies anijonus, turinčius C 4 formas, kartais vadinamus metanidais, nes gali būti laikoma, kad yra kilę iš metano (CH 4); C 2 2, vadinami acetilidais ir gaunami iš acetileno (C 2 H 2); ir C 3 4–, gaunami iš aleno (C 3 H 4). Geriausiai apibūdinami metanidai yra berilio karbidas (Be 2 C) ir aliuminio karbidas (Al 4 C 3). Berilio oksidas (BeO) ir anglis reaguoja esant 2 000 ° C (3 600 ° F) temperatūrai, kad gautųsi plytų raudonumo berilio karbidas, o šviesiai geltonas aliuminio karbidas krosnyje gaminamas iš aliuminio ir anglies. Aliuminio karbidas reaguoja kaip tipiškas metanidas su vandeniu, kad gautų metaną. Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4AL (OH) 3 + 3CH 4
Yra daug acetilidų, kurie yra gerai žinomi ir apibūdinami. Be jau minėtų šarminių metalų ir šarminių žemių metalų, lantanas (La) sudaro du skirtingus acetilidus, o varis (Cu), sidabras (Ag) ir auksas (Au) sudaro sprogius acetilidus. Cinkas (Zn), kadmis (Cd) ir gyvsidabris (Hg) taip pat sudaro acetilidus, nors jie nėra taip gerai apibūdinami. Svarbiausias iš šių junginių yra kalcio karbidas, CaC 2. Kalcio karbidas pirmiausia naudojamas kaip acetileno šaltinis chemijos pramonėje. Kalcio karbidas pramoniniu būdu yra sintetinamas iš kalcio oksido (kalkių), CaO ir anglies kokso pavidalu maždaug 2200 ° C (4000 ° F) temperatūroje. Gryno kalcio karbido lydymosi temperatūra yra aukšta (2300 ° C [4200 ° F]) ir yra bespalvė kieta medžiaga. CAC reakcijos 2 su vandens derlingumą C 2 H 2 ir didelė šilumos kiekis, todėl reakcija yra vykdoma griežtai kontroliuojamomis sąlygomis. CaO + 3C → CaC 2 + CO
CaC 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2 Kalcio karbidas taip pat reaguoja su azoto dujomis aukštesnėje temperatūroje (1000–1200 ° C [1,800–2 200 ° F]) iki sudaro kalcio cianamidą, CaCN 2. CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + CT Tai svarbi pramoninė reakcija, nes CaCN 2 yra plačiai naudojamas kaip trąša, nes, reaguodamas su vandeniu, gaunamas cianamidas, H 2 NCN. Dauguma MC 2 acetylides turi CAC 2 struktūrą, kuri yra kilusi iš darbinis natrio chloridas (NaCl) struktūrą. C 2 vienetai yra lygiagrečiai išilgai ląstelių ašių, sukeldami ląstelės iškraipymą iš kubinės į tetragonalinę.
Tarpiniai karbidai
Intersticiniai karbidai pirmiausia gaunami iš santykinai didelių pereinamųjų metalų, kurie veikia kaip pagrindinė mažųjų anglies atomų, kurie užima sandariai supakuotų metalų atomų tarpus, grotelės. (Žr. Krištolą, kuriame aprašyta kietų medžiagų pakavimo tvarka.) Intersticiniai karbidai pasižymi ypač dideliu kietumu, bet tuo pačiu ir ypač trapumu. Jie turi labai aukštą lydymosi temperatūrą (paprastai apie 3000–4 000 ° C [5400–7 200 ° F]) ir išlaiko daugelį su pačiu metalu susijusių savybių, tokių kaip didelis šilumos ir elektros laidumas, taip pat metalinis blizgesys. Aukštesnėje temperatūroje kai kurie intersticiniai karbidai išlaiko metalų mechanines savybes, tokias kaip lankstumas. Daugelio ankstyvųjų pereinamųjų metalų spinduliai yra pakankamai dideli, kad susidarytų intersticiniai monokarbidai, MC. Atrodo, kad kritinis (ty mažiausias) spindulys yra maždaug 1,35 angström (1,35 × 10 –8 cm arba 5,32 × 10 –9 colio). Tačiau dauguma pereinamųjų metalų sudaro kelių stechiometrijų intersticinius karbidus. Pavyzdžiui, žinoma, kad manganas (Mn) sudaro mažiausiai penkis skirtingus intersticinius karbidus. Priešingai nei joniniai karbidai, dauguma intersticinių karbidų nereaguoja su vandeniu ir yra chemiškai inertiški. Keletas jų turi pramoninę reikšmę, įskaitant volframo karbidą (WC) ir tantalo karbidą (TaC), kurie naudojami kaip greitaeigiai pjovimo įrankiai dėl jų ypatingo kietumo ir cheminio inertiškumo. Geležies karbidas (cementitas) Fe 3 C yra svarbus plieno komponentas.
