При щелочной реакции углерода с металлами могут получится различные карбиды. За счет соединения определенных химических элементов получаются соединения, которые характеризуются высокой прочностью. Довольно большое распространение получил вариант исполнения, который получил название карбид кальция. Его стали применять в самых различных областях промышленности.
Внешний вид и характеристики технического карбида кальция
Впервые рассматриваемый состав был получен в 1862 году. Проводимая процедура касалась отделения кальция от извести, в результате чего получился бледно-серый состав без признаков, свойственных металлам. В результате опыта был получен карбид, который в последствии стал активно использоваться при выпуске различной продукции.
В начале 20 века карбид кальция стали использовать для производства ацетилена в больших объемах. Именно поэтому стали вести активные исследования для выявления более производительной технологии.
Технические характеристики материала определяют его широкое распространение. Внешний вид вещества характеризуется светло-серым цветом, выпускаются карбиды в виде камня или порошка.
Физические свойства
При выборе практически любого материала следует уделять больше всего внимания физическим свойствам. У рассматриваемого они следующие:
- Соединение имеет кристаллическую структуру.
- Показатель температуры плавления составляет 2300 °С. Стоит учитывать, что подобная цифра свойственна только чистому составу. Добавление в состав различных примесей приводит к тому, что температура плавления существенно падает.
Стоит учитывать, что карбид кальция в большинстве случаев находится в твердом состоянии. Кроме этого, цвет может варьироваться от серого до коричневого цвета. Физические свойства карбида кальция определяют его широкое применение в самых различных отраслях промышленности.
Химические свойства
Немаловажное значение имеют и химические свойства. Они также учитываются при применении материала. К основным характеристикам можно отнести следующие качества:
- Карбид кальция характеризуется тем, что хорошо впитывает влагу. Стоит учитывать, подобная процедура проявляется яркой химической реакцией, связанной с разложением вещества.
- При работе с рассматриваемым материалом стоит учитывать, что образующаяся пыль оказывает раздражительный эффект на слизистые органы. Кроме этого, подобная реакция может проявится при попадании кристаллов или пыли на поверхность кожи. Именно поэтому при работе с рассматриваемым соединением следует использовать респиратор и некоторые другие средства защиты.
- Кристаллы активное реагируют на воздействие других веществ зачастую только при нагреве. При этом может образоваться карбонат кальция.
- В некоторых случаях проводится соединение кристаллического вещества с азотом, в результате чего получается цианамид кальция.
- При нагреве может проходить реакция с мышьяком и хлором, а также фосфором.
Считается, что наиболее важным химическим качеством является податливость к разложению при воздействии воды.
Получение
Как ранее было отмечено, карбид кальция активно применяется при получении самых различных материалов. Именно поэтому процесс получения карбида кальция постоянно совершенствовался. К особенностям применяемых технологий можно отнести нижеприведенные моменты:
- В качестве сырья применяется негашеная известь. В большинстве случаев вещество получается из извести, но в домашних условиях провести подобную процедуру сложно.
- Известь смешивается с измельченном коксом для получения однородной массы.
- В промышленности карбид кальция получают по схеме, которая предусматривает нагрев вещества до высокой температуры. Для этого применяются электронные печи. Рекомендуемая температура плавления составляет 1900 ⁰С.
- После нагрева вещества до столь высокой температуры оно переходит в жидкое состояние. Для работы подготавливаются специальные формы.
При рассмотрении того, как из углерода получить карбид кальция отметим, что по установленным стандартам в состав должно входить не менее 80% основного вещества. На долю примесей должно приходится не более 25%, в число которых также входит углерод. Производство оксида кальция также приводит к выделению тепловой энергии, что стоит учитывать.
Транспортировка и хранение
Порошок карбида кальция при воздействии влаги практически моментально разлагается. При этом образуется ацетилен, который при большой концентрации горюч и взрывоопасный. Именно поэтому нужно уделять довольно много внимания хранению карбида кальция, для чего часто применяют бидоны и специальные барабаны. К другим особенностям хранения отнесем следующие моменты:
- Выделяющийся ацетилен легче воздуха, поэтому скапливается вверху. Стоит учитывать, что он обладает наркотическими действиями, может самовоспламеняться.
- При производстве большого объема вещества особое внимание уделяется технике безопасности. Для фасовки применяются специальные упаковки.
- Для открытия упаковки следует использовать инструменты, которые не становятся причиной образования искр.
- Если вещество попадает на кожу или слизистую оболочку, то его нужно сразу удалить. При этом пострадавшая поверхность обрабатывается специальным кремом или другим защитно-заживляющим веществом.
- По установленным правилам, транспортировка может проводится исключительно при применении крытого транспортного средства. При этом проводить доставку по воздуху запрещается.
Установленные правила также запрещают хранить карбид кальция вместе с другими химическими веществами и источниками тепла. Это связано с тем, что образующиеся газы могут вступать в химическую реакцию с другими химическими веществами и возгораться.
Применение карбида кальция
Как ранее было отмечено, карбид кальция встречается в самых различных областях промышленности, зачастую поставляют для проведения промышленного синтеза. Свойства карбида кальция и реакция, протекающая при его соединении с различными веществами, определяют использование вещества в нижеприведенных случаях:
- Многие синтетически компоненты, входящих в состав современных материалов, производят на основе рассматриваемого компонента.
- Применяется для получения цианамида кальция. Подобный компонент используется для получения различных химических удобрений. Именно поэтому сырье применяется для регулирования скорости роста растений.
- Цианамид кальция также получают при соединении вещества с азотом.
- В некоторых случаях проводится восстановление металлов щелочной группы.
- Можно использовать рассматриваемое соединение в процессе газовой сварки.
При рассмотрении карбида кальция и области применения стоит учитывать, что подобное вещество чаще всего применяют для получения ацетилена. Подобный синтез карбида кальция разработал немецкий ученый. Среди особенностей подобного способа применения отметим следующие моменты:
- Ацетилен из карбида получают при оказании воздействия водой на используемое сырье.
- В результате прохождения химической реакции образуется требующийся газ, гашеная известь выпадает в осадок.
- Стоит учитывать, что при смешивании компонентов выделяется большое количество тепла. Поэтому работа должна проводится с учетом техники безопасности.
- В зависимости от вида применяемой технологии переработки сырья с 1 килограмма выходит около 290 литров газа.
- Скорость протекания процедуры зависит от чистоты применяемого сырья, температуры и количества воды.
Как показывает практика, при использовании чистого карбида на протекание химической реакции отводится около 20 литров волы на 1 килограмм сырья. Подобное количество воды требуется для того чтобы снизить температуру реакции, за счет чего обеспечиваются оптимальные условия для работы.
Техника безопасности
При проведении различных химических реакций для производства материалов должна соблюдаться техника безопасности. Как ранее было отмечено, выделяемые вещества могут быть взрывоопасными. Техника безопасности при взаимодействии с различными химическими веществами заключается в следующем:
- Для хранения и обработки требуется герметичное место. В обычном гараже проводить работы не рекомендуется.
- Нельзя допускать огонь к самому сырью, а также образующимся газам.
- Даже мелкие частицы могут привести к поражению кожных покровов. Именно поэтому работа должна проводится в респираторе и защитной одежде.
- Генераторы ацетилена размещают исключительно в хорошо изолированных помещениях.
- Если сырье применялось при проведении сварочных работ, то следует образующийся шлак утилизировать в специальных местах.
- При перемещении металлических и иных емкостей они должны быть надежно закреплены, столкновение и падение не допускается. Это может привести к появлению искр, которые станут причиной взрыва вещества.
Вышеприведенная информация определяет то, что работы с рассматриваемым сырьем не рекомендуется проводить в гараже или домашней мастерской. Несоблюдении технологии, отсутствии требующего оснащения и многие другие причины могут привести к возникновению искры и воспламенению веществ.
Карбид кальция реакция с водой
Рассматриваемое сырье чаще всего применяется для соединения с водой, в результате чего получается ацетилен. Взаимодействие карбида кальция с водой становится причиной появления газа с неприятным запахом и достаточно большим количеством различных примесей. В чистом виде получить подобное вещество можно только при его многоэтапной очистке.
Реакция карбида кальция с водой может быть проведена опытным путем. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:
- В качестве емкости применяется 1,5-литровая бутылка.
- После ее заполнения водой добавляется несколько кусочков кристаллического материала.
- Протекание реакции приводит к появлению избыточного давления.
- После того как карбид кальция больше не вступает в реакцию, на бутылку помещается горящая бумага. В результате взаимодействия между карбидом кальция и водой образуется газ, который взрывается. При рассматриваемом опыте образуется огненное облако.
Подобный опыт довольно опасен и должен быть проведен с соблюдением техники безопасности.
В заключение отметим, что рассматриваемый компонент в последнее время часто применяется для проведения самых различных опытов. Соединение обладает большим количеством свойств, которые должны учитываться. Выделение тепла и газов становится причиной, по которой проводить опыты рекомендуется только в промышленности.
Водородные соединения углерода
Химические свойства углерода.
В обычных условиях углерод (особенно алмаз) очень инертен и вступает во взаимодействие только с очень энергичными окислителями. При нагревании химическая активность углерода повышается. В аморфном виде уголь и кокс легко горят на воздухе, образуя углекислый газ CO 2 . При недостатке кислорода углерод окисляется только до СО. Алмаз способен гореть лишь в чистом кислороде при 700 - 800ºС. Эта способность углерода окисляться при нагревании используется при восстановлении многих металлов из их оксидов.
C + 2F 2 = CF 4 ; C + O 2 = CO 2 ; 2C + O 2 = 2CO;
C другими галогенами углерод непосредственно не соединяется, а соответствующие соединения получают косвенным путем. Четыреххлористый углерод получают пропусканием хлора через сероуглерод при 60ºС в присутствии катализатора FeS: CS 2 + 2Cl 2 = CCl 4 + 2S.
При высокой температуре углерод взаимодействует с серой, азотом и кремнием:
C + 2S = CS 2 ; 2C + N 2 = C 2 N 2 или (СN) 2 ; C + Si = SiC (2000ºС).
С металлами углерод реагирует при высоких температурах, образуя карбиды. Карбиды также можно получить при взаимодействии угля с оксидами металлов:
3C + CaO = CaC 2 + CO.
Углерод взаимодействует, как восстановитель, и с оксидами других металлов при нагревании: C + 2PbO = 2Pb + CO 2 .
Углерод растворяется только в кислотах-окислителях при нагревании:
С + 2H 2 SO 4 (конц.) = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;
C + 4HNO 3 (конц.) = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.
Углеводороды являются достаточно стабильными, так как перекрывание малых по размеру валентных орбиталей велико, различие в электроотрицательностях углерода и водорода мало, поэтому образуются прочные ковалентные связи С−Н.
Прямой синтез метана (простейшего углеводорода) можно осуществить только в присутствии катализатора, например мелкодисперсного никеля. Разнообразие углеводородных соединений объясняется способностью углерода к образованию бесконечных линейных и разветвленных цепочек (−С−С−, >С=С< и −C≡C−) замыканию их в циклы с одинарными или кратными связями между атомами углерода как в гомоатомных, так и в гетероатомных соединениях (ароматические соединения с делокализованными π-связями).
Сам метан не реагирует с водой, кислотами и щелочами, с кислородом взаимодействует только при поджигании. Ненасыщенные углеводороды являются более реакционноспособными, чем углеводороды ряда метана. Их примеси могут служить причиной самовоспламенения болотного газа (метана) в природных условиях.
С менее электроотрицательными элементами углерод образует соединения, которые называют карбидами. Их можно разделить на 3 группы.
Ионно-ковалентные карбиды (солеподобные) – к ним относят метаниды и ацетилениды. Метаниды можно рассматривать как производные метана, содержащие ион С −4 , например карбид бериллия Be 2 C или карбид алюминия Al 4 C 3 . Это тугоплавкие кристаллические вещества, которые реагируют с разбавленными кислотами с выделением метана:
Al 4 C 3 + 12HCl = 4AlCl 3 + 3CH 4 .
Ацетилениды - производные ацетилена состава М +1 2 С 2 , М +2 С 2 и М +3 2 (С 2) 3 , содержат ион С 2 −2 (где М – это s- и d-металлы I и II группы периодической системы или Al +3). Ацетилениды детонируют даже в сухом виде, разлагаются водой и разбавленными кислотами:
CaC 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2 .
Солеподобные карбиды получают при взаимодействии оксидов металлов с графитом при высокой температуре:
CaO + 3C = CaC 2 + CO; 2 Al 2 O 3 +9C = Al 4 C 3 + 6CO.
Ацетилениды можно получить обменным взаимодействием ацетилена с солью соответствующего металла.
Металлоподобные карбиды – это карбиды d-металлов IV – VIII групп нестехиометрического состава, который изменяется в широких пределах; проявляют металлические свойства: металлический блеск, высокую твердость, высокие температуры плавления. Карбиды титана, ванадия, ниобия, молибдена и вольфрама характеризуются еще и высокой коррозионной устойчивостью.
Металлоподобные карбиды получают непосредственным взаимодействием металлов или их оксидов с углеродом в электропечах при высокой температуре:
3Fe + C = Fe 3 C; V 2 O 5 + 7C = 2VC + 5CO.
Карбиды состава M 3 C (где металл имеет небольшой радиус) термически и химически менее устойчивы, например, разлагаются разбавленными кислотами, выделяя смесь углеводородов с достаточно длинными цепями.
Ковалентные карбиды с атомной кристаллической решеткой – B 4 C и SiC – продукты частичного замещения атомов углерода в структуре алмаза на атомы бора или кремния. Карбид бора очень тверд, царапает алмаз, химически достаточно инертен. Карборунд по твердости близок к алмазу, но более хрупок, химически стоек и окисляется кислородом только при температуре свыше 1000ºС. При сплавлении со щелочью в присутствии кислорода карборунд разрушается с образованием карбоната и силиката. SiC растворяется только в смеси концентрированных плавиковой и азотной кислот, в царской водке.
Такие карбиды получают в электропечах при очень высокой температуре из смесей соответственно SiO 2 или B 2 O 3 с коксом, графитом или сажей.
Применение. Металлические карбиды придают сталям и чугунам твердость, износоустойчивость. Карбиды вольфрама и тантала используют для изготовления режущих инструментов и получения сверхтвердых сплавов. Карборунд используют как абразивный материал, как компонент огнеупорных материалов, в качестве стержней сопротивления в электронагревательных приборах.
Карбид для сварки – вначале 80-х даже маленький кусочек этого вещества был настоящим сокровищем. Его обладатель поднимал свой «дворовой» статус до высоты ближайшей многоэтажки. Но наше поколение выросло и посмотрело на многие вещи под другим углом. В том числе и на карбид кальция. И сейчас это уже не сокровище, а источник ацетилена для газосварочного аппарата.
Как используют карбид кальция?
Рецепт карбидной бомбы мы приводить не будем. Нас интересует «гражданское» использование этого материала в формате «карбид-сварка». Эта схема употребления карбида предполагает контролируемое замачивание данного вещества в герметичной емкости, с последующим сбором продукта гидратации – горючего газа ацетилена.
Сам процесс использования карбида кальция выглядит следующим образом:
- Куски карбида загружают в корзину. Причем оптимальный размер кусков – 8 сантиметров в диаметре. Такие «камни» обеспечат оптимальный режим генерацию ацетилена. А вот карбидную пыль в генераторе использовать нельзя – камешки диаметром менее 2 миллиметров выделяют газ практически мгновенно, что приводит к риску взрывной разгерметизации устройства.
- Корзину помещают в аппарат, предварительно заполненный водой, горловину которого закрывают крышкой-траверсой с винтом поперечной подачи.
- Вращая маховик винта, вы погружаете корзину с карбидом в воду и даете старт процессу генерации ацетилена. Причем крупнокусковой карбид кальция — для сварки, напомним еще раз, нужен именно такой тип вещества — начинает «таять» постепенно и, увеличивая или уменьшая глубину погружения, можно управлять интенсивностью генерации горючего газа, поддерживая нужный уровень давления в горелке сварочного аппарата.
Таким образом, можно сказать, что карбид в сварке играет роль твердого «топлива», питающего ацетиленовый генератор. И без этого вещества использование ацетиленовых горелок было бы весьма затруднительно.
Ведь заполненную горючим веществом емкость под давлением (баллон) очень сложно транспортировать. А кусковой карбид достаточно сложить в железную банку, закрыть герметичной крышкой и перевозить на любые расстояния, поддерживая нулевую влажность материала.
Собственно, безопасность транспортировки и низкая цена карбида для сварки, килограмм которого выделяет до 250 литров ацетилена, поддерживают данную архаичную технологию стыковки металла даже в наше время высоких технологий. Согласитесь: мобильный сварочный аппарат или резак, функционирующий практически на твердом топливе, выглядит более чем привлекательно. Тем более, что в «разобранном» виде генератор абсолютно безопасен.
Впрочем, работа с карбидом требует соблюдения некоторых правил безопасности. Ведь этот материал относится к достаточно опасным веществам.
Техника безопасности при использовании карбида кальция
На «заряженные» ацетиленовые генераторы распространяются те же правила, что действуют и в случае работы с прочими взрывоопасными баллонами. То есть, генератор ацетилена следует держать в вертикальном положении, используя только в случае отсутствия видимых повреждений корпуса (вмятин, трещин и так далее).
Кроме того, ацетиленовые генераторы нельзя использовать в подвалах или плохо проверчиваемых помещениях. Ведь этот горючий газ может взорваться от малейшей искры. Поэтому карбид кальция нужно оградить от контакта даже с атмосферной влагой.
Неиспользованный карбид, извлеченный из корзины генератора после окончания сварки, выбрасывают в специальный бункер. Повторное использование «подмоченного» материала не допускается.
И, да, возле генератора ацетилена категорически запрещается: курить, использовать для резки заготовок болгарку, включать электродуговой сварочный аппарат, разводить костры или просто поджигать горелку этого же аппарата. Отойдите от места сварки, как минимум на 10 метров.
Кстати, минимальная длина шланга от генератора до горелки равна именно 10 метрам.
На свете известно очень много разных химических соединений: порядка сотни миллионов. И все они, как люди, индивидуальны. Нельзя найти два вещества, у которых совпадали бы химические и физические свойства при разном составе.
Одними из интереснейших неорганических веществ, существующих на белом свете, являются карбиды. В данной статье мы обсудим их строение, физические и химические свойства, применение и разберём тонкости их получения. Но для начала немного об истории открытия.
История
Карбиды металлов, формулы которых мы приведём ниже, не являются природными соединениями. Это обусловлено тем, что их молекулы склонны распадаться при взаимодействии с водой. Поэтому здесь стоит говорить о первых попытках синтеза карбидов.
Начиная с 1849 имеются упоминания о синтезе карбида кремния, однако некоторые из этих попыток остаются непризнанными. Крупномасштабное производство начал в 1893 году американский химик Эдвард Ачесон по способу, который был затем назван его именем.
История синтеза карбида кальция также не отличается большим количеством сведений. В 1862 году его получил немецкий химик Фридрих Вёлер, нагревая сплавленный цинк и кальций с углём.
Теперь перейдём к более интересным разделам: химическим и физическим свойствам. Ведь именно в них заключена вся суть применения данного класса веществ.
Физические свойства
Абсолютно все карбиды отличаются своей твёрдостью. Например, одним из самых твёрдых веществ по является карбид вольфрама (9 из 10 возможных баллов). К тому же эти вещества очень тугоплавкие: температура плавления некоторых из них достигает двух тысяч градусов.
Большинство карбидов химически инертны и взаимодействуют с небольшим количеством веществ. Они не растворимы ни в каких растворителях. Однако растворением можно считать взаимодействие с водой с разрушением связей и образованием гидроксида металла и углеводорода.
О последней реакции и многих других интересных химических превращениях с участием карбидов мы поговорим в следующем разделе.
Химические свойства
Почти все карбиды взаимодействуют с водой. Какие-то - легко и без нагревания (например, а какие-то (например, карбид кремния) - при нагревании водяного пара до 1800 градусов. Реакционная способность при этом зависит от характера связи в соединении, о котором мы поговорим позже. В реакции с водой образуются разные углеводороды. Происходит это потому, что водород, содержащийся в воде, соединяется с углеродом, находящимся в карбиде. Понять, какой углеводород получится (а может получиться как предельное, так и непредельное соединение), можно, исходя из валентности содержащегося в исходном веществе углерода. Например, если у нас есть карбид кальция, формула которого CaC 2 , мы видим, что он содержит ион C 2 2- . Значит, к нему можно присоединить два иона водорода с зарядом +. Таким образом, получаем соединение C 2 H 2 - ацетилен. Таким же образом из такого соединения, как карбид алюминия, формула которого Al 4 C 3 , получаем CH 4 . Почему не C 3 H 12 , спросите вы? Ведь ион имеет заряд 12-. Дело в том, что максимальное количество атомов водорода определяется формулой 2n+2, где n - количество атомов углерода. Значит, может существовать только соединение с формулой C 3 H 8 (пропан), а тот ион с зарядом 12- распадается на три иона с зарядом 4-, которые и дают при соединении с протонами молекулы метана.
Интересными представляются реакции окисления карбидов. Они могут происходить как при воздействии сильных смесей окислителей, так и при обыкновенном горении в атмосфере кислорода. Если с кислородом всё понятно: получаются два окисда, то с другими окислителями интереснее. Всё зависит от природы металла, входящего в состав карбида, а также от природы окислителя. Например, карбид кремния, формула которого SiC, при взаимодействии со смесью азотной и образует гексафторкремниевую кислоту с выделением углекислого газа. А при проведении той же реакции, но с одной только азотной кислотой, получаем и углекислый газ. К окислителям также можно отнести галогены и халькогены. С ними взаимодействует любой карбид, формула реакции зависит только от его строения.
Карбиды металлов, формулы которых мы рассмотрели - далеко не единственные представители этого класса соединений. Сейчас мы подробнее рассмотрим каждое промышленно важное соединение этого класса и затем поговорим об их применении в нашей жизни.
Какие бывают карбиды?
Оказывается, карбид, формула которого, скажем, CaC 2, существенно отличается по строению от SiC. И отличие это прежде всего в характере связи между атомами. В первом случае мы имеем дело с солеобразным карбидом. Назван этот класс соединений так потому, что ведёт себя фактически как соль, то есть способен диссоциировать на ионы. Такая ионная связь очень слабая, что и позволяет легко проводить и многие другие превращения, включающие взаимодействия между ионами.
Другим, наверное, более промышленно важным видом карбидов являются ковалентные карбиды: такие как, например, SiC или WC. Они отличаются высокой плотностью и прочностью. А также тугоплавки и инертны к разбавленным химическим веществам.
Существуют также металлоподобные карбиды. Их скорее можно рассматривать как сплавы металлов с углеродом. Среди таких можно выделить, например, цементит (карбид железа, формула которого бывает разной, но в среднем она примерно такая: Fe 3 C) или чугун. Они имеют химическую активность, промежуточную по своей степени между ионными и ковалентными карбидами.
Каждый из этих подвидов обсуждаемого нами класса химических соединений имеет своё практическое применение. О том, как и где применяется каждый из них, мы поговорим в следующем разделе.
Практическое применение карбидов
Как мы уже обсудили, ковалентные карбиды имеют самый большой диапазон практических применений. Это и абразивные и режущие материалы, и композиционные материалы, используемые в разных областях (например, в качестве одного из материалов, входящих в состав бронежилета), и автодетали, и электронные приборы, и нагревательные элементы, и ядерная энергетика. И это далеко не полный список применений этих сверхтвёрдых карбидов.
Самое узкое применение имеют солеобразующие карбиды. Их реакцию с водой используют как лабораторный способ получения углеводородов. То, как это происходит, мы уже разобрали выше.
Наравне с ковалентными, металлоподобные карбиды имеют широчайшее применение в промышленности. Как мы уже говорили, таким металлоподобным видом обсуждаемых нами соединений являются стали, чугуны и прочие соединения металлов с вкраплениями углерода. Как правило, металл, находящийся в таких веществах, относится к классу d-металлов. Именно поэтому он склонен образовывать не ковалентные связи, а как бы внедряться в структуру металла.
На наш взгляд, практических применений у вышеперечисленных соединений более чем достаточно. Теперь взглянем на процесс их получения.
Получение карбидов
Первые два вида карбидов, которые мы рассмотрели, а именно ковалентные и солеобразные, получают чаще всего одним простым способом: реакцией оксида элемента и кокса при высокой температуре. При этом часть кокса, состоящего из углерода, соединяется с атомом элемента в составе оксида, и образует карбид. Другая часть "забирает" кислород и образует угарный газ. Такой способ очень энергозатратен, так как требует поддержания высокой температуры (порядка 1600-2500 градусов) в зоне реакции.
Для получения некоторых видов соединений используют альтернативные реакции. Например, разложение соединения, которое в конечном итоге даёт карбид. Формула реакции зависит от конкретного соединения, поэтому обсуждать её мы не будем.
Прежде чем завершить нашу статью, обсудим несколько интересных карбидов и поговорим о них подробнее.
Карбид натрия. Формула этого соединения C 2 Na 2 . Это можно представить скорее как ацетиленид (то есть продукт замещения атомов водорода в ацетилене на атомы натрия), а не карбид. Химическая формула полностью не отражает этих тонкостей, поэтому их надо искать в строении. Это очень активное вещество и при любом контакте с водой очень активно взаимодействует с ней с образованием ацетилена и щёлочи.
Карбид магния. Формула: MgC 2 . Интересны способы получения этого достаточно активного соединения. Один из них предполагает спекание фторида магния с карбидом кальция при высокой температуре. В результате этого получаются два продукта: фторид кальция и нужный нам карбид. Формула этой реакции достаточно проста, и вы можете при желании ознакомиться с ней в специализированной литературе.
Если вы не уверены в полезности изложенного в статье материала, тогда следующий раздел для вас.
Как это может быть полезно в жизни?
Ну, во-первых, знание химических соединений никогда не может быть лишним. Всегда лучше быть вооружённым знанием, чем остаться без него. Во-вторых, чем больше вы знаете о существовании определённых соединений, тем лучше понимаете механизм их образования и законы, которые позволяют им существовать.
Перед тем как перейти к окончанию, хотелось бы дать несколько рекомендаций по изучению этого материала.
Как это изучать?
Очень просто. Это ведь всего лишь раздел химии. И изучать его следует по учебникам химии. Начните со школьных сведений и переходите к более углублённым, из университетских учебников и справочников.
Заключение
Эта тема не такая простая и скучная, как кажется на первый взгляд. Химия всегда может стать интересной, если вы найдёте в ней свою цель.
Карбиды - это соединения металлов и неметаллов с углеродом. Обычно в таких соединениях углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент, что позволяет исключить из группы оксиды, галогены и другие углеродные соединения.
Это твердые тугоплавкие вещества, нелетучие и нерастворимые. В основном они обладают разнообразными свойствами: некоторые, например, карбид золота, может взорваться при попытке пересыпать его, а некоторые из соединений, например, бора, циркония, титана, кремния и вольфрама, по твердости превосходят алмаз и не поддаются действию кислот и растворителей.
Историческая справка
Первое необычное углеродное соединение, похожее на карбид, было получено в начале XIX века англичанином Дэви. Это был карбид калия. Далее в 1863 году был найден неустойчивый карбид меди, через 15 лет - карбид железа.
Официально соединения «появились» только в конце XIX века - к ним приложил руку француз Анри Муассон. Он получал соединения при помощи вольтовой дуги в электрической печи, которую он сам и придумал. Для этого использовались нагретый до раскаленного состояния древесный уголь, чистые металлы и их оксиды.
Однако за несколько лет до Муассона в метеоритах был обнаружен минерал когенит - смесь карбидов кобальта, железа и никеля. В некотором смысле эта находка помогла ответить на вопрос «Что такое карбиды?».
Свойства соединений
Как и другие элементы, карбиды обладают определенным набором свойств, которые делают их популярным материалом на рынке строительства и машиностроения.
В зависимости от металла и неметалла элементы обладают разнообразными свойствами, которые меняются в зависимости от начальных данных.
Виды карбидов
Все вещества можно разделить на три группы:
В свою очередь ионные соединения делятся на:
- Метаниды - обычно прозрачны, не имеют цвета, в разбавленных кислотах и воде разлагаются и образуют метан. К ним относятся карбид магния, алюминия и бериллия.
- Ацетилениды - активно гидролизируются и образуют ацетилен или этин. Наиболее известен карбид кальция.
Применение
Элементы используют, чтобы придать чугуну и разного вида сталям твердость, повысить их износоустойчивость. Карбиды вольфрама и титана, как наиболее твердые и тугоплавкие варианты, применяют для изготовление режущих инструментов, а также для получения сверхтвердых материалов. Благодаря хорошим химическим и физическим свойствам, вещества используют в качестве компонента огнеупорных материалов, стержней сопротивления электронагревательных приборов и в качестве абразивного материала.
Карбид кальция также называют карбидом для сварки. Это идеальное вещество для сварочных работ: при контакте с водой оно выделяет ацетилен - летучий газ, являющийся основой кислородной сварки, металлизации, резки и напайки.