Карбиды

Карбид кальция

Карбиды обычно представляют собой группу бинарных химических соединений, состоящую из элемента (E) и углерода (C) с общей формулой E x C y . Эта группа включает солеподобные (например, карбид кальция , CaC 2 ), а также соединения металлов (например, карбид тантала , TaC); исключение составляет z. Б. Карбид тантала гафния (Ta 4 HfC 5 ).

генеральный

Карбиды обычно получают из элементарного углерода, который реагирует с соответствующим элементом, оксидом элемента или карбонатом элемента в твердофазной реакции при высоких температурах. Производство карбида кальция из кокса и карбоната кальция, например, происходит при 2000 ° C в электродуговой печи .

В зависимости от разницы в электроотрицательности рассматриваемого элемента и углерода карбиды относятся к одному из следующих трех типов.

Ионные карбиды

Ионные карбиды (солеподобные карбиды) имеют сильный солевой характер и обычно образуются сильно электроположительными элементами щелочных, щелочноземельных и земельных элементов. Они содержат углерод как более электроотрицательный компонент.

Типичными примерами являются карбид лития Li 2 C 2 , карбид бериллия Be 2 C, карбид магния Mg 2 C 3 , карбид кальция CaC 2 или карбид алюминия Al 4 C 3 . В своей ионной решетке они содержат соответствующий катион металла, а также ион карбида, который формально является производным различных углеводородов. Это приводит к дальнейшей дифференциации ионных карбидов на:

  • Метаниды, например B. Be 2 C и Al 4 C 3 , содержат C 4- , полученный из метана CH 4
  • Ацетилиды , например B. Li 2 C 2 , CaC 2 , содержит C 2 2- , полученный из этина (ацетилена) C 2 H 2
  • Алленид, например B. Mg 2 C 3 , содержит C 3 4- , полученный из Allen C 3 H 4

К ионным карбидам относятся также фуллериды. Это соединения состава MC 60 , M 2 C 60 и M 3 C 60 (M = Na, K). Они созданы восстановлением фуллерена Бакминстера C 60 элементарными щелочными металлами.

Ионные карбиды, которые являются производными углеводородов, реагируют с водой с образованием соответствующего гидроксида металла и углеводорода, который образуется в результате многократного протонирования аниона водой.

Самый известный представитель - это u. а. Карбид кальция (CaC 2 ), используемый в карбидной лампе , обычно называемый карбидом , который выделяет этин в присутствии воды:

Серый цвет карбида кальция, который на самом деле является белым, является результатом загрязнения элементарным углеродом в процессе производства (см. Выше). Типичный запах карбида кальция связан с монофосфином PH 3 , который образуется из фосфида кальция путем гидролиза аналогично ацетилену . Фосфид кальция образуется в процессе производства, когда используемый карбонат кальция содержит следы фосфата кальция в качестве примеси.

Гидролиза карбида кальция был до 1930 - х годов, единственный метод для промышленного производства ацетилена в качестве топливного газа (газовой сварки) в газовой сварки . Карбид кальция был также важным исходным материалом для развития химии ацетилена (см. Химия Реппе ). Однако с появлением нефтехимической промышленности этот источник этина потерял свое значение.

Ковалентные карбиды

Карбид кремния

Ковалентные карбиды образуются между углеродом и элементами с примерно такой же электроотрицательностью. Двумя наиболее важными примерами являются SiC ( карбид кремния , «карборунд») и B 4 C ( карбид бора ). У них есть ковалентные связи между углеродом и соответствующим элементом. Очень прочные ковалентные связи в сочетании с кристаллической структурой, которая очень похожа на структуру других твердых материалов (SiC имеет структуру, подобную алмазу), приводят к высокой механической стабильности. Соответственно, эти карбиды обычно используются в качестве твердых материалов (покрытий, абразивов ) и для армирования пластмасс.

Карбид кремния также представляет интерес как материал-носитель для катализаторов в химической промышленности, поскольку он обладает высокой теплопроводностью и практически не истирается.

Металлоподобные карбиды

Эти карбиды происходят из элементов 4-6 веков. Образуется подгруппа , типичными примерами являются титан , тантал и вольфрам . Как правило, у них нет четко определенной стехиометрии . Скорее, атомы углерода находятся в тетраэдрических узлах и в зависимости от соотношения размеров металла в октаэдрической включенной металлической сетке и образуют соединения включения или соединения внедрения . Эти вещества характеризуются высокой механической и термической стабильностью и высокими температурами плавления (от 3000 до 4000 ° C) и используются в качестве твердых материалов и керамики в химической аппаратуре и строительстве заводов, для орошения шлифовальных инструментов и изготовления твердосплавных пластин для режущих инструментов . Цементит (Fe 3 C) входит в состав стали .

Например, шарик шариковой ручки сделан из карбида вольфрама .

В просторечии карбид обычно приравнивается к карбиду кальция. Он реагирует с водой с образованием ацетилена, который можно использовать для различных целей. Об использовании карбида кальция см. Там.

Смотри тоже

Индивидуальные доказательства

  1. ^ A b c Brockhaus ABC Chemie , VEB FA Brockhaus Verlag Leipzig 1965, стр. 643-644.
  2. ^ А. Ф. Holleman, Е. Wiberg, Н. Wiberg: Inorganische Chemie . 103-е издание. лента 1 . Вальтер де Грюйтер, Берлин 2017, ISBN 978-3-11-026932-1 , стр. 1022 .