Карбид, който и да е от клас химически съединения, в които въглеродът е комбиниран с метален или семетален елемент. Калциевият карбид е важен главно като източник на ацетилен и други химикали, докато карбидите от силиций, волфрам и няколко други елементи се оценяват за тяхната физическа твърдост, здравина и устойчивост на химическа атака дори при много високи температури. Железният карбид (циментит) е важна съставка на стоманата и чугуна.
обработка на уран: карбидни горива
Известни са различни уранови и плутонови карбиди, включително монокарбидите (UC, PuC), сескикарбидите (U2C3, ,
Приготвяне на карбиди
Карбидите се приготвят от въглерод и елемент с подобна или по-ниска електроотрицателност, обикновено или от метал, или от метален оксид, при температури от 1000–2 800 ° C (1800–5,100 ° F). Почти всеки карбид може да се приготви по един от няколко общи метода. Първият метод включва директно комбиниране на елементите при високи температури (2 000 ° C [3 600 ° F] или по-високи). Вторият метод е реакцията на съединение на метал, обикновено оксид, с въглерод при висока температура. Две допълнителни методи включват взаимодействие на метал или метална сол с въглеводород, обикновено ацетилен, C 2 H 2. В един от методите нагретият метал реагира с газообразен въглеводород; в другата метална се разтваря в течен амоняк, NH 3 и въглеводород се барботира през разтвора. Карбиди, които са приготвени с ацетилен се наричат acetylides и съдържат С, 2 2- анион. Например, ацетилидите на алкални метали се приготвят най-добре чрез разтваряне на алкалния метал в течен амоняк и преминаване на ацетилен през разтвора. Тези съединения, които имат общата формула М 2 C 2 (където М е метал), са безцветно кристално твърдо вещество. Те реагират бурно с вода и при нагряване на въздух се окисляват до карбоната. Алкалоземните карбиди също са ацетилиди. Те имат общата формула MC 2 и се получават чрез нагряване на алкалоземния метал с ацетилен над 500 ° С (900 ° F).
Класификация на карбидите
Класификацията на карбидите въз основа на структурен тип е доста трудна, но три широки класификации възникват от общите тенденции в техните свойства. Най-електропозитивните метали образуват йонни или солевидни карбиди, преходните метали в средата на периодичната таблица са склонни да образуват така наречените интерстициални карбиди, а неметалите на електронегативност, подобни на тези на ковалентни или молекулярни карбиди с въглерод.
Йонни карбиди
Йоновите карбиди имат дискретни въглеродни аниони от формите С4-, понякога наричани метаниди, тъй като те могат да се разглеждат като получени от метан (CH 4); C 2 2-, наречен acetylides и получен от ацетилен (С 2 Н 2); и С 3 4-, извлечени от allene (С 3 Н 4). Най-добре характеризираните метаниди вероятно са берилиев карбид (Be 2 C) и алуминиев карбид (Al 4 C 3). Берилиевият оксид (BeO) и въглеродът реагират при 2 000 ° C (3 600 ° F), за да се получи тухленочервеният берилиев карбид, докато бледожълтият алуминиев карбид се приготвя от алуминий и въглерод в пещ. Алуминиевият карбид реагира като типичен метанид с вода за получаване на метан. Al 4 С 3 + 12H 2 O → 4Al (ОН) 3 + 3CH 4
Има много ацетилиди, които са добре известни и добре характеризирани. В допълнение към споменатите по-горе алкални метали и алкалоземни метали, лантанът (La) образува два различни ацетилида, а медта (Cu), среброто (Ag) и златото (Au) образуват експлозивни ацетилидиди. Цинкът (Zn), кадмият (Cd) и живакът (Hg) също образуват ацетилиди, въпреки че те не са толкова добре характеризирани. Най-важният от тези съединения е калциевият карбид, CaC 2. Основната употреба за калциев карбид е източник на ацетилен за използване в химическата промишленост. Калциевият карбид се синтезира индустриално от калциев оксид (вар), СаО и въглерод под формата на кокс при около 2200 ° С (4000 ° F). Чистият калциев карбид има висока точка на топене (2300 ° C [4,200 ° F]) и е безцветно твърдо вещество. Реакцията на CAC 2 с вода добиви C 2 H 2 и значително количество топлина, така че реакцията се провежда при внимателно контролирани условия. CaO + 3C → CaC 2 + CO
CaC 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2 Калциевият карбид също реагира с азотен газ при повишени температури (1000–1 200 ° C [1800–2,200 ° F]) до образуват калциев цианамид, CaCN 2. CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + CT Това е важна индустриална реакция, тъй като CaCN 2 намира широко приложение като тор поради реакцията си с вода за получаване на цианамид, H 2 NCN. Повечето MC 2 acetylides имат CAC 2 структура, която е получена от структурата на кубичен натриев хлорид (NaCl). С 2 единици лежат паралелно по клетъчни оси, което води до нарушаване на клетката от кубичен на тетрагонален.
Интерстициални карбиди
Интерстициалните карбиди са получени предимно от сравнително големи преходни метали, които действат като решетка-гостоприемник за малките въглеродни атоми, които заемат вътрешностите на металните атоми, които са плътно опаковани. (Вижте кристал за обсъждане на устройствата за опаковане в твърди вещества.) Интерстициалните карбиди се характеризират с изключителна твърдост, но в същото време изключителна крехкост. Те имат много високи точки на топене (обикновено около 3 000–4 000 ° C [5,400–7,200 ° F]) и запазват много от свойствата, свързани със самия метал, като висока проводимост на топлина и електричество, както и метален блясък. При повишени температури някои интерстициални карбиди запазват механичните свойства на металите, като ковкостта. Много от ранните преходни метали имат радиуси, които са достатъчно големи, за да образуват интерстициални монокарбиди, MC. Критичният (т.е. минималният) радиус изглежда приблизително 1,35 ангстрема (1,35 × 10 −8 cm или 5,32 × 10 −9 инча). Повечето преходни метали обаче образуват интерстициални карбиди от няколко стехиометрии. Например, манган (Mn) е известно, че образува най-малко пет различни интерстициални карбиди. За разлика от йонните карбиди, повечето интерстициални карбиди не реагират с вода и са химически инертни. Няколко от тях имат промишлено значение, включително волфрамов карбид (WC) и танталов карбид (TaC), които се използват като високоскоростни режещи инструменти поради своята изключителна твърдост и химическа инертност. Железният карбид (циментит), Fe 3 С, е важен компонент в стоманата.
