Dunyoda juda ko'p turli xil kimyoviy birikmalar ma'lum: taxminan yuz millionlab. Va ularning barchasi, xuddi odamlar kabi, individualdir. Kimyoviy va fizik xossalari bir xil boʻlgan, tarkibi har xil boʻlgan ikkita moddani topib boʻlmaydi.
Dunyoda mavjud boʻlgan eng qiziqarli noorganik moddalardan biri karbidlardir. Ushbu maqolada biz ularning tuzilishini, fizik va kimyoviy xossalarini, qo'llanilishini ko'rib chiqamiz va ularni ishlab chiqarishning nozik tomonlarini tahlil qilamiz. Avvalo, kashfiyot tarixi haqida bir oz.
Tarix
Metal karbidlar, biz quyida formulalarini beramiz, tabiiy birikmalar emas. Buning sababi shundaki, ularning molekulalari suv bilan o'zaro ta'sirlashganda parchalanishga moyil. Shuning uchun bu erda karbidlarni sintez qilish bo'yicha birinchi urinishlar haqida gapirishga arziydi.
1849 yildan boshlab kremniy karbidining sinteziga havolalar bor, ammo bu urinishlarning ba'zilari tan olinmagan. Keng miqyosdagi ishlab chiqarish 1893 yilda amerikalik kimyogar Edvard Acheson tomonidan boshlangan va keyinchalik uning nomi bilan atalgan.
K altsiy karbidining sintez tarixi ham katta hajmdagi ma'lumotlarda farq qilmaydi. 1862 yilda nemis kimyogari Fridrix Voler uni qotishma rux va k altsiyni ko'mir bilan qizdirish orqali qo'lga kiritdi.
Endi qiziqarliroq bo'limlarga o'tamiz: kimyoviy vajismoniy xususiyatlar. Axir, bu toifadagi moddalardan foydalanishning butun mohiyati ularda yotadi.
Jismoniy xususiyatlar
Mutlaqo barcha karbidlar qattiqligi bilan ajralib turadi. Misol uchun, Mohs shkalasi bo'yicha eng qattiq moddalardan biri volfram karbididir (mumkin bo'lgan 10 balldan 9 ball). Bundan tashqari, bu moddalar juda o'tga chidamli: ulardan ba'zilarining erish nuqtasi ikki ming darajaga etadi.
Koʻpchilik karbidlar kimyoviy jihatdan inert va oz miqdorda moddalar bilan oʻzaro taʼsir qiladi. Ular har qanday erituvchilarda erimaydi. Shu bilan birga, erishni suv bilan aloqalarning buzilishi va metall gidroksidi va uglevodorodlarning hosil bo'lishi bilan o'zaro ta'siri deb hisoblash mumkin.
Keyingi bobda karbidlar ishtirokidagi oxirgi reaksiya va boshqa qiziqarli kimyoviy oʻzgarishlar haqida gaplashamiz.
Kimyoviy xossalari
Deyarli barcha karbidlar suv bilan oʻzaro taʼsir qiladi. Ba'zilari - oson va isitilmaydigan (masalan, k altsiy karbid) va ba'zilari (masalan, kremniy karbid) - suv bug'ini 1800 darajaga qizdirish orqali. Bu holda reaktivlik birikmadagi bog'lanishning tabiatiga bog'liq bo'lib, bu haqda keyinroq muhokama qilamiz. Suv bilan reaksiyada turli uglevodorodlar hosil bo'ladi. Bu suv tarkibidagi vodorod karbid tarkibidagi uglerod bilan birlashishi tufayli sodir bo'ladi. Asl moddadagi uglerodning valentligiga qarab, qaysi uglevodorod chiqishini (va to'yingan va to'yinmagan birikmalar ham chiqishi mumkin) tushunish mumkin. Masalan, agar ubizda k altsiy karbid bor, formulasi CaC2, biz uning tarkibida C22- ionini o'z ichiga olganligini ko'ramiz.. Demak, unga + zaryadli ikkita vodorod ioni biriktirilishi mumkin. Shunday qilib, biz C2H2 - asetilen birikmasini olamiz. Xuddi shu tarzda, formulasi Al4C3 bo'lgan alyuminiy karbid kabi birikmadan biz CH olamiz. 4. Nima uchun C3H12 emas, deb so'rayapsizmi? Axir, ion 12- zaryadga ega. Gap shundaki, vodorod atomlarining maksimal soni 2n + 2 formulasi bilan aniqlanadi, bu erda n - uglerod atomlari soni. Bu shuni anglatadiki, faqat C3H8 (propan) formulali birikma mavjud boʻlishi mumkin va zaryadi 12- boʻlgan ion uchga parchalanadi. zaryadi 4- boʻlgan ionlar, ular protonlar bilan birlashganda metan molekulalarini hosil qiladi.
Karbidlarning oksidlanish reaksiyalari qiziq. Ular oksidlovchi moddalarning kuchli aralashmalari ta'sirida ham, kislorodli atmosferada oddiy yonish paytida ham paydo bo'lishi mumkin. Agar kislorod bilan hamma narsa aniq bo'lsa: ikkita oksid olinadi, keyin boshqa oksidlovchi moddalar bilan bu qiziqroq. Bularning barchasi karbidning bir qismi bo'lgan metallning tabiatiga, shuningdek oksidlovchi moddaning tabiatiga bog'liq. Masalan, formulasi SiC bo'lgan kremniy karbid, azot va gidroflorik kislotalar aralashmasi bilan o'zaro ta'sirlashganda, karbonat angidridni chiqarish bilan geksaftorsilik kislota hosil qiladi. Va xuddi shu reaktsiyani amalga oshirganda, lekin faqat nitrat kislota bilan biz kremniy oksidi va karbonat angidridni olamiz. Galogenlar va xalkogenlarni oksidlovchi moddalar deb ham atash mumkin. Har qanday karbid ular bilan o'zaro ta'sir qiladi, reaktsiya formulasi faqat uning tuzilishiga bog'liq.
Formulalari biz ko'rib chiqqan metall karbidlar ushbu birikmalar sinfining yagona vakillaridan uzoqdir. Endi biz ushbu sinfning sanoat uchun muhim birikmalarining har birini batafsil ko'rib chiqamiz va keyin ularning hayotimizda qo'llanilishi haqida gaplashamiz.
Karbidlar nima?
Ma'lum bo'lishicha, formulasi CaC2, formulasi SiC dan sezilarli darajada farq qiladigan karbid. Va farq birinchi navbatda atomlar orasidagi bog'lanishning tabiatida. Birinchi holda, biz tuzga o'xshash karbid bilan shug'ullanamiz. Bu birikmalar sinfi shunday nomlangan, chunki u aslida tuz kabi harakat qiladi, ya'ni ionlarga ajrala oladi. Bunday ionli bog'lanish juda zaif, bu gidroliz reaktsiyasini va boshqa ko'plab transformatsiyalarni, shu jumladan ionlar orasidagi o'zaro ta'sirlarni osonlashtiradi.
Sanoat jihatidan muhimroq boʻlgan yana bir karbid turi SiC yoki WC kabi kovalent karbiddir. Ular yuqori zichlik va kuch bilan ajralib turadi. Kimyoviy moddalarni suyultirishga ham chidamli va inert.
Metalga o'xshash karbidlar ham bor. Ularni ko'proq metallarning uglerod bilan qotishmalari deb hisoblash mumkin. Ular orasida, masalan, sementit (temir karbid, formulasi o'zgaradi, lekin o'rtacha hisobda taxminan quyidagicha: Fe3C) yoki quyma temirni ajratib ko'rsatish mumkin. Ular ion va kovalent karbidlar orasida kimyoviy faollikka ega.
Biz muhokama qilayotgan kimyoviy birikmalar sinfining ushbu kichik turlarining har biri oʻzining amaliy qoʻllanilishiga ega. Qanday va qayerga murojaat qilish kerakHar biri haqida keyingi bobda gaplashamiz.
Karbidlarning amaliy qoʻllanilishi
Yuqorida aytib o'tganimizdek, kovalent karbidlar amaliy qo'llanilishining eng keng doirasiga ega. Bular abraziv va kesish materiallari va turli sohalarda qo'llaniladigan kompozit materiallar (masalan, tana zirhlarini tashkil etuvchi materiallardan biri sifatida), avtomobil qismlari, elektron qurilmalar, isitish elementlari va yadroviy energiya. Bu o‘ta qattiq karbidlar uchun ilovalarning to‘liq ro‘yxati emas.
Tuz hosil qiluvchi karbidlar eng tor qoʻllanilishiga ega. Ularning suv bilan reaksiyasi uglevodorodlarni olish uchun laboratoriya usuli sifatida ishlatiladi. Bu qanday sodir bo‘lishini yuqorida muhokama qildik.
Kovalent bilan bir qatorda metallga o'xshash karbidlar sanoatda eng keng qo'llaniladi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, biz muhokama qilayotgan birikmalarning metallga o'xshash turi po'latlar, cho'yanlar va uglerod bilan kesishgan boshqa metall birikmalardir. Qoida tariqasida, bunday moddalarda topilgan metall d-metallar sinfiga kiradi. Shuning uchun u kovalent bog'lanishga emas, balki, go'yo metallning tuzilishiga kiritilishiga moyildir.
Bizning fikrimizcha, yuqoridagi birikmalar yetarlicha amaliy qoʻllanmalarga ega. Endi ularni olish jarayonini ko‘rib chiqamiz.
Karbidlar ishlab chiqarish
Biz ko'rib chiqqan birinchi ikki turdagi karbidlar, ya'ni kovalent va tuzga o'xshash, ko'pincha bitta oddiy usulda olinadi: element oksidi va koksning yuqori haroratda reaktsiyasi. Shu bilan birga, qismugleroddan tashkil topgan koks oksid tarkibidagi element atomi bilan birlashadi va karbid hosil qiladi. Boshqa qismi kislorodni "olib" uglerod oksidi hosil qiladi. Bu usul juda energiya sarflaydi, chunki u reaksiya zonasida yuqori haroratni (taxminan 1600-2500 daraja) saqlashni talab qiladi.
Muqobil reaksiyalar muayyan turdagi birikmalarni olish uchun ishlatiladi. Masalan, natijada karbidni beradigan birikmaning parchalanishi. Reaktsiya formulasi o'ziga xos birikmaga bog'liq, shuning uchun biz uni muhokama qilmaymiz.
Maqolamizni yakunlashdan oldin, keling, bir nechta qiziqarli karbidlarni muhokama qilamiz va ular haqida batafsilroq gaplashamiz.
Qiziqarli aloqalar
Natriy karbid. Ushbu birikmaning formulasi C2Na2. Buni karbid emas, balki ko'proq asetilenid (ya'ni, asetilendagi vodorod atomlarini natriy atomlari bilan almashtirish mahsuloti) deb hisoblash mumkin. Kimyoviy formula bu nozikliklarni to'liq aks ettirmaydi, shuning uchun ularni tuzilishda izlash kerak. Bu juda faol moddadir va suv bilan har qanday aloqada u bilan atsetilen va gidroksidi hosil bo'lishi bilan juda faol ta'sir o'tkazadi.
Magniy karbid. Formula: MgC2. Ushbu etarlicha faol birikmani olish usullari qiziqish uyg'otadi. Ulardan biri yuqori haroratda magniy ftoridni k altsiy karbid bilan sinterlashni o'z ichiga oladi. Buning natijasida ikkita mahsulot olinadi: k altsiy ftorid va bizga kerak bo'lgan karbid. Bu reaktsiya formulasi juda oddiy va agar xohlasangiz, uni maxsus adabiyotlarda o'qishingiz mumkin.
Agar siz maqolada keltirilgan materialning foydaliligiga ishonchingiz komil boʻlmasa, quyidagisiz uchun bo'lim.
Bu hayotda qanday foydali boʻlishi mumkin?
Xo'sh, birinchi navbatda, kimyoviy birikmalar haqidagi bilim hech qachon ortiqcha bo'lmaydi. Bilimsiz qolgandan ko'ra, har doim bilim bilan qurollangan yaxshiroqdir. Ikkinchidan, ma'lum birikmalarning mavjudligi haqida qanchalik ko'p bilsangiz, ularning hosil bo'lish mexanizmi va mavjud bo'lishiga imkon beruvchi qonunlarni shunchalik yaxshi tushunasiz.
Oxiriga oʻtishdan oldin men ushbu materialni oʻrganish boʻyicha bir nechta tavsiyalar bermoqchiman.
Buni qanday o'rganish kerak?
Juda oddiy. Bu faqat kimyoning bir bo'limi. Va uni kimyo darsliklarida o'rganish kerak. Maktab maʼlumotlaridan boshlang va universitet darsliklari va maʼlumotnomalaridan chuqurroq maʼlumotga oʻting.
Xulosa
Bu mavzu bir qarashda koʻrinadigan darajada oddiy va zerikarli emas. Agar siz undan maqsadingizni topsangiz, kimyo har doim qiziqarli bo'lishi mumkin.
