Karbid, ktorákoľvek z triedy chemických zlúčenín, v ktorých je uhlík kombinovaný s kovovým alebo semimetalickým prvkom. Karbid vápenatý je dôležitý predovšetkým ako zdroj acetylénu a iných chemikálií, zatiaľ čo karbidy kremíka, volfrámu a niekoľkých ďalších prvkov sú oceňované pre svoju fyzickú tvrdosť, pevnosť a odolnosť proti chemickým útokom aj pri veľmi vysokých teplotách. Karbid železa (cementit) je dôležitou súčasťou ocele a liatiny.
spracovanie uránu: Karbidové palivá
Sú známe rôzne karbidy uránu a plutónia, vrátane monokarbidov (UC, PuC), seskvikarbidov (U2C3, ,
Príprava karbidov
Karbidy sa pripravujú z uhlíka a prvku podobnej alebo nižšej elektronegativity, zvyčajne buď z kovu alebo z oxidu kovu, pri teplotách 1 000 - 2 800 ° C (1 800 - 5 100 ° F). Takmer akýkoľvek karbid sa môže pripraviť jednou z niekoľkých všeobecných metód. Prvý spôsob zahŕňa priamu kombináciu prvkov pri vysokých teplotách (2 000 ° C alebo vyšších). Druhým spôsobom je reakcia zlúčeniny kovu, obvykle oxidu, s uhlíkom pri vysokej teplote. Dve ďalšie metódy zahŕňajú reakciu kovu alebo soľ kovu s uhľovodíkom, zvyčajne acetylénu, C 2 H 2. V jednom z spôsobov zahrievaný kov reaguje s plynným uhľovodíkom; v druhej, kovu sa rozpustí v kvapalnom amoniaku, NH 3, a uhľovodíka sa prebubláva roztokom. Karbidy, ktoré sú pripravené s acetylénom sa nazývajú acetylidy a obsahujú C 2 2- anión. Napríklad acetylidy alkalických kovov sa najlepšie pripravia rozpustením alkalického kovu v tekutom amoniaku a prechodom acetylénu cez roztok. Tieto zlúčeniny, ktoré majú všeobecný vzorec M 2 C 2 (kde M je kov), sú bezfarebné, kryštalické pevné látky. Prudko reagujú s vodou a pri zahrievaní na vzduchu oxidujú na uhličitan. Karbidy kovov alkalických zemín sú tiež acetylidy. Majú všeobecný vzorec MC 2 a sú pripravené zahrievaním kovov alkalických zemín s acetylénom nad 500 ° C (900 ° F).
Klasifikácia karbidov
Klasifikácia karbidov na základe štruktúrneho typu je pomerne náročná, ale tri všeobecné klasifikácie vyplývajú zo všeobecných trendov v ich vlastnostiach. Najviac elektropozitívne kovy tvoria iónové alebo soľné karbidy, prechodné kovy v strede periodickej tabuľky majú tendenciu vytvárať to, čo sa nazýva intersticiálne karbidy, a nekovy elektronegativity podobné tým, ktoré sú kovalentnými alebo molekulárnymi karbidmi uhlíka.
Iónové karbidy
Iónové karbidy majú diskrétne atómy anióny foriem C 4-, niekedy nazývaných methanides, pretože môže byť videný ako je odvodená od metánu, (CH 4); C 2 2, tzv acetylidy a odvodené od acetylénu (C 2 H 2); a C 3 4-, odvodený od allen (C 3 H 4). Najlepšie charakterizované methanides sú pravdepodobne berýlia karbid (Be 2 C) a karbidu hliníka (AI 4 C 3). Oxid berýlia (BeO) a uhlík reagujú pri 2 000 ° C (3 600 ° F) za vzniku tehlovo červeného karbidu berylia, zatiaľ čo svetlo žltý karbid hliníka sa pripravuje z hliníka a uhlíka v peci. Karbid hliníka reaguje ako typický metanid s vodou za vzniku metánu. Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4AL (OH) 3 + 3CH 4
Existuje veľa acetylidov, ktoré sú dobre známe a dobre charakterizované. Okrem vyššie uvedených kovov alkalických kovov a kovov alkalických zemín, lantan (La) tvorí dva rôzne acetylidy a meď (Cu), striebro (Ag) a zlato (Au) tvoria výbušné acetylidy. Zinok (Zn), kadmium (Cd) a ortuť (Hg) tiež tvoria acetylidy, aj keď nie sú dobre charakterizované. Najdôležitejšie z týchto zlúčenín je karbid vápenatý, CaC 2. Primárne použitie karbidu vápenatého je ako zdroj acetylénu pre použitie v chemickom priemysle. Karbid vápenatý sa priemyselne syntetizuje z oxidu vápenatého (vápno), CaO a uhlíka vo forme koksu pri asi 2 200 ° C (4 000 ° F). Čistý karbid vápenatý má vysokú teplotu topenia (2 300 ° C [4 200 ° F]) a je to bezfarebná pevná látka. Reakcia CAC 2 s vodou sa získajú C 2 H 2 a značné množstvo tepla, takže sa reakcia vykonáva za starostlivo kontrolovaných podmienok. CaO + 3C → CaC 2 + CO
CaC 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2 z karbidu vápenatého tiež reaguje s plynným dusíkom pri zvýšených teplotách (1,000-1,200 ° C [1,800-2,200 ° F]) až tvorí kyánamid vápenatý, CaCN 2. CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + CThis je dôležitý priemyselný reakcia, pretože CaCN 2 nálezy rozsiahle použitie ako hnojivo, vzhľadom k jeho reakcii s vodou za vzniku kyánamidu, H 2 NCN. Väčšina MC 2 acetylidy majú CaC 2 štruktúru, ktorá je odvodená z kubického chloridu sodného (NaCl) štruktúry. K C 2 jednotky ležia paralelne pozdĺž osi buniek, čo spôsobuje deformáciu bunky, zo kubický do tetragonálnej.
Intersticiálne karbidy
Intersticiálne karbidy sa odvodzujú predovšetkým z relatívne veľkých prechodných kovov, ktoré pôsobia ako hostiteľská mriežka pre malé atómy uhlíka, ktoré zaberajú medzery úzko nabitých atómov kovov. (Pozri kryštál pre diskusiu o usporiadaní balenia v pevných látkach.) Intersticiálne karbidy sa vyznačujú extrémnou tvrdosťou, ale zároveň extrémnou krehkosťou. Majú veľmi vysoké teploty topenia (zvyčajne okolo 3 000 - 4 000 ° C [5 400 - 7 200 ° F]) a zachovávajú si mnohé vlastnosti spojené so samotným kovom, ako je vysoká vodivosť tepla a elektriny, ako aj kovový lesk. Pri zvýšených teplotách si niektoré intersticiálne karbidy zachovávajú mechanické vlastnosti kovov, ako je kujnosť. Mnohé zo skorých prechodných kovov majú polomery, ktoré sú dostatočne veľké na to, aby vytvorili intersticiálne monokarbidy, MC. Kritický (tj minimálny) polomer sa zdá byť približne 1,35 angstromov (1,35 × 10 - 8 cm alebo 5,32 × 10 - 9 palcov). Väčšina prechodných kovov však tvorí intersticiálne karbidy niekoľkých stechiometrií. Napríklad je známe, že mangán (Mn) tvorí najmenej päť rôznych intersticiálnych karbidov. Na rozdiel od iónových karbidov väčšina intersticiálnych karbidov nereaguje s vodou a je chemicky inertná. Niektoré z nich majú priemyselný význam, vrátane karbidu volfrámu (WC) a karbidu tantalu (TaC), ktoré sa kvôli svojej extrémnej tvrdosti a chemickej inertnosti používajú ako vysokorýchlostné rezné nástroje. Karbid železa (cementit), Fe 3 C, je dôležitou súčasťou ocele.
