Әлемде көптеген әртүрлі химиялық қосылыстар белгілі: жүздеген миллионға жуық. Және олардың барлығы да адамдар сияқты жеке. Құрамы әртүрлі химиялық және физикалық қасиеттері бірдей екі затты табу мүмкін емес.
Әлемде бар ең қызықты бейорганикалық заттардың бірі – карбидтер. Бұл мақалада біз олардың құрылымын, физикалық және химиялық қасиеттерін, қолданылуын талқылаймыз және оларды өндірудің қыр-сырын талдаймыз. Бірақ алдымен ашылу тарихы туралы аздап.
Тарих
Формулалары төменде келтірілетін металл карбидтер табиғи қосылыстар емес. Бұл олардың молекулаларының сумен әрекеттескенде ыдырауына байланысты. Сондықтан бұл жерде карбидтерді синтездеудің алғашқы әрекеттері туралы айтқан жөн.
1849 жылдан бастап кремний карбидінің синтезіне сілтемелер бар, бірақ бұл әрекеттердің кейбірі танылмаған. Кең ауқымды өндірісті 1893 жылы американдық химик Эдвард Ачесон бастады, бұл процесс кейінірек оның атымен аталды.
Кальций карбидінің синтезінің тарихы да ақпараттың үлкен көлемімен ерекшеленбейді. 1862 жылы неміс химигі Фридрих Вёлер оны легирленген мырыш пен кальцийді көмірмен қыздыру арқылы алды.
Енді қызықтырақ бөлімдерге көшейік: химиялық жәнефизикалық қасиеттері. Өйткені, бұл заттардың осы класын пайдаланудың барлық мәні соларда жатыр.
Физикалық қасиеттері
Барлық карбидтер қаттылығымен ерекшеленеді. Мысалы, Mohs шкаласы бойынша ең қатты заттардың бірі вольфрам карбиді болып табылады (10 ықтимал ұпайдың 9-ы). Сонымен қатар, бұл заттар өте отқа төзімді: олардың кейбіреулерінің балқу температурасы екі мың градусқа жетеді.
Карбидтердің көпшілігі химиялық инертті және аз мөлшердегі заттармен әрекеттеседі. Олар кез келген еріткіштерде ерімейді. Алайда еріуді байланыстардың бұзылуымен және металл гидроксиді мен көмірсутектің түзілуімен сумен әрекеттесу деп санауға болады.
Келесі бөлімде соңғы реакция және карбидтерге қатысты басқа да қызықты химиялық өзгерістер туралы айтатын боламыз.
Химиялық қасиеттері
Барлық дерлік карбидтер сумен әрекеттеседі. Кейбіреулері - оңай және қыздырусыз (мысалы, кальций карбиді), ал кейбіреулері (мысалы, кремний карбиді) - су буын 1800 градусқа дейін қыздыру арқылы. Бұл жағдайда реактивтілік қосылыстағы байланыстың табиғатына байланысты, біз оны кейінірек қарастырамыз. Сумен әрекеттескенде әртүрлі көмірсутектер түзіледі. Бұл судағы сутегі карбидтегі көміртегімен біріктірілгендіктен болады. Бастапқы заттың құрамындағы көміртектің валенттілігіне сүйене отырып, қандай көмірсутек шығатынын (қаныққан да, қанықпаған қосылыстар да шығуы мүмкін) түсінуге болады. Мысалы, егер uбізде кальций карбиді бар, оның формуласы CaC2, оның құрамында C22- ионы бар екенін көреміз.. Бұл оған + заряды бар екі сутегі ионын қосуға болатынын білдіреді. Осылайша, біз C2H2 – ацетиленді аламыз. Дәл осылай формуласы Al4C3 болатын алюминий карбиді сияқты қосылыстан біз CH аламыз. 4. Неліктен C3H12 емес деп сұрайсыз ба? Өйткені, ионның заряды 12-. Өйткені, сутегі атомдарының максималды саны 2n + 2 формуласымен анықталады, мұндағы n - көміртегі атомдарының саны. Бұл тек C3H8 (пропан) формуласы бар қосылыс болуы мүмкін және заряды 12- болатын ион үшке ыдырайтынын білдіреді. заряды 4- иондар, олар протондармен қосылса метан молекулаларын береді.
Карбидтердің тотығу реакциялары қызықты. Олар тотықтырғыштардың күшті қоспаларына әсер еткенде де, оттегі атмосферасында қарапайым жану кезінде де пайда болуы мүмкін. Егер оттегімен бәрі анық болса: екі оксид алынады, онда басқа тотықтырғыштармен бұл қызықтырақ. Мұның бәрі карбидтің құрамына кіретін металдың табиғатына, сондай-ақ тотықтырғыштың табиғатына байланысты. Мысалы, формуласы SiC болатын кремний карбиді азот және фторлы қышқылдар қоспасымен әрекеттескенде көмірқышқыл газын бөліп гексафторокремний қышқылын түзеді. Ал сол реакцияны жүргізгенде, бірақ тек азот қышқылымен кремний оксиді мен көмірқышқыл газын аламыз. Галогендер мен халькогендерді тотықтырғыштар деп те атауға болады. Кез келген карбид олармен әрекеттеседі, реакция формуласы тек оның құрылымына байланысты.
Формулалары біз қарастырған металл карбидтер осы қосылыстар класының жалғыз өкілдерінен алыс. Енді біз осы сыныптың өнеркәсіптік маңызды қосылыстарының әрқайсысын егжей-тегжейлі қарастырамыз, содан кейін олардың өмірімізде қолданылуы туралы сөйлесеміз.
Карбидтер дегеніміз не?
Формуласы CaC2, құрылымы бойынша SiC-тен айтарлықтай ерекшеленетін карбид анықталды. Ал айырмашылық ең алдымен атомдар арасындағы байланыстың табиғатында. Бірінші жағдайда біз тұз тәрізді карбидпен айналысамыз. Қосылыстардың бұл класы осылай аталды, себебі ол шын мәнінде тұз сияқты әрекет етеді, яғни иондарға ыдырай алады. Мұндай иондық байланыс өте әлсіз, бұл гидролиз реакциясын және басқа да көптеген түрлендірулерді, соның ішінде иондар арасындағы әрекеттесулерді жүргізуді жеңілдетеді.
Карбидтің тағы бір, мүмкін өнеркәсіптік маңызды түрі - SiC немесе WC сияқты ковалентті карбид. Олар жоғары тығыздық пен беріктікпен ерекшеленеді. Сондай-ақ отқа төзімді және сұйылтылған химиялық заттарға инертті.
Металл тәрізді карбидтер де бар. Оларды көміртегімен металдардың қорытпалары ретінде қарастыруға болады. Олардың ішінде, мысалы, цементитті (темір карбиді, формуласы өзгереді, бірақ орташа есеппен шамамен келесідей: Fe3C) немесе шойынды ажыратуға болады. Олардың химиялық белсенділігі иондық және коваленттік карбидтер арасында аралық дәрежеде болады.
Біз талқылап жатқан химиялық қосылыстар класының осы кіші түрлерінің әрқайсысының өзінің практикалық қолданылуы бар. Қалай және қайда өтініш беру керекәрқайсысы туралы келесі бөлімде айтатын боламыз.
Карбидтердің практикалық қолданылуы
Бұған дейін талқылағанымыздай, ковалентті карбидтердің практикалық қолдану аясы кең. Бұл абразивті және кескіш материалдар және әртүрлі салаларда қолданылатын композициялық материалдар (мысалы, броньды құрайтын материалдардың бірі ретінде), автомобиль бөлшектері, электронды құрылғылар, қыздыру элементтері және ядролық энергия. Бұл өте қатты карбидтерге арналған қолданбалардың толық тізімі емес.
Тұз түзетін карбидтердің қолдану аясы ең тар. Олардың сумен әрекеттесуі көмірсутектерді алудың зертханалық әдісі ретінде қолданылады. Мұның қалай болатынын жоғарыда талқыладық.
Ковалентті, металл тәрізді карбидтермен қатар өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Жоғарыда айтқанымыздай, біз қарастыратын қосылыстардың металға ұқсас түрі болаттар, шойындар және көміртегімен араласқан басқа металл қосылыстары болып табылады. Әдетте, мұндай заттарда кездесетін металл d-металдар класына жатады. Сондықтан ол коваленттік емес, металдың құрылымына енуге бейім.
Біздің ойымызша, жоғарыда аталған қосылыстардың практикалық қолданылуы жеткілікті. Енді оларды алу процесін қарастырайық.
Карбидтер өндірісі
Біз зерттеген карбидтердің алғашқы екі түрі, атап айтқанда, ковалентті және тұз тәрізді, көбінесе бір қарапайым әдіспен алынады: элемент пен кокс оксиді жоғары температурада реакциясы арқылы. Сонымен қатар, бөліккөміртектен тұратын кокс оксид құрамындағы элемент атомымен қосылып, карбид түзеді. Екінші бөлігі оттегін «қабылдап», көміртегі тотығын түзеді. Бұл әдіс өте энергияны қажет етеді, өйткені ол реакция аймағында жоғары температураны (шамамен 1600-2500 градус) сақтауды қажет етеді.
Қосылыстардың белгілі бір түрлерін алу үшін альтернативті реакциялар қолданылады. Мысалы, ақырында карбид беретін қосылыстың ыдырауы. Реакция формуласы нақты қосылысқа байланысты, сондықтан оны талқыламаймыз.
Мақаламызды аяқтамас бұрын, кейбір қызықты карбидтерді талқылап, олар туралы толығырақ сөйлесейік.
Қызықты байланыстар
Натрий карбиді. Бұл қосылыстың формуласы: C2Na2. Бұл карбид емес, ацетиленді (яғни, ацетилендегі сутегі атомдарын натрий атомдарымен алмастыру өнімі) ретінде қарастыруға болады. Химиялық формула бұл нәзіктіктерді толығымен көрсетпейді, сондықтан оларды құрылымда іздеу керек. Бұл өте белсенді зат және сумен кез келген байланыста ацетилен мен сілті түзе отырып, онымен өте белсенді әрекеттеседі.
Магний карбиді. Формула: MgC2. Бұл жеткілікті белсенді қосылысты алу әдістері қызығушылық тудырады. Олардың бірі магний фторидін жоғары температурада кальций карбидімен агломерациялауды қамтиды. Осының нәтижесінде екі өнім алынады: кальций фториді және бізге қажет карбид. Бұл реакцияның формуласы өте қарапайым және егер қаласаңыз, оны арнайы әдебиеттерден оқуға болады.
Егер сіз мақалада берілген материалдың пайдалылығына сенімді болмасаңыз, онда келесісізге арналған бөлім.
Бұл өмірде қалай пайдалы болуы мүмкін?
Ал, біріншіден, химиялық қосылыстар туралы білім ешқашан артық болмайды. Білімсіз қалғанша, әрқашан біліммен қаруланған жақсы. Екіншіден, белгілі бір қосылыстардың бар екендігі туралы көбірек білсеңіз, олардың пайда болу механизмін және олардың өмір сүруіне мүмкіндік беретін заңдарды соғұрлым жақсы түсінесіз.
Соңына көшпес бұрын, осы материалды зерттеуге қатысты бірнеше кеңес бергім келеді.
Оны қалай зерттеуге болады?
Өте қарапайым. Бұл тек химияның бір саласы. Ал оны химия оқулықтарында оқу керек. Мектеп туралы ақпараттан бастап, университет оқулықтары мен анықтамалықтардағы тереңірек ақпаратқа өтіңіз.
Қорытынды
Бұл тақырып бір қарағанда қарапайым және қызықсыз емес. Химиядан өз мақсатыңызды тапсаңыз, әрқашан қызықты болуы мүмкін.
