Что такое карбид. Свойства карбида. Применение карбида

Забава детства. Так многие вспоминают о карбиде, особенно бывшие мальчишки, а ныне, конечно, взрослые мужчины.

Они брали камешки на строительных рынках. Покупать не покупали, а так, таскали с развалов и из кузовов грузовиков.

Что-такое-карбид-Свойства-карбида-Применение-карбида-1

Добычу клали в бутылки, заливали водой, закрывали, встряхивали. Оставалось кинуть тару и полюбоваться взрывом.

Любовались и белесыми пузырями, которые карбид давал, попадая в лужи. Однако, кому обязаны таким весельем, сорванцы прошлых лет, зачастую не знали.

Что такое карбид? Попробуем ответить на вопрос, кажущийся неважным в детстве.

Что такое карбид

Карбит – не конкретное вещество, а группа соединений элементов с углеродом. Последний должен быть более электроотрицательным, чем «сосед».

Это обязательное условие, исключающее из ряда карбидов галогениды и оксиды углерода.

Под электроотрицательностью понимается способность атома сдвигать к себе электроны других веществ.

Электротрицательность углерода равна 2,6. Это данные шкалы Полинга. Она выстроена с учетом, что ионность в ковалентной связи делает эту связь прочнее.

Получается, электротрицательность вторых элементов в карбидах должна быть меньше 2,6.

Большинство подходящих элементов – металлы. Но, около 15% карбидов их не содержат.

Внешне карбиды – кристаллические, как правило, бесцветные, прозрачные вещества. Блеск у них алмазный.

Что-такое-карбид-Свойства-карбида-Применение-карбида-2

Им соединения обязаны углероду, который является основой не только карбидов, но и алмазов.

По сути, герои статьи являются бриллиантами, в которых часть атомов замещена другими элементами.

Есть и цветные дуэты с углеродом, к примеру, карбид железа. Это всем знакомый цемент. Окрас у соединения серый.

Получается, свойства карбидов могут разниться. Несовпадения рассмотрим в главе «Виды». Пока же, изучим общие характеристики класса соединений.

Свойства карбида

К общим свойствам карбидов относится твердость. Она может быть больше, или меньше, но всегда выше среднего.

У некоторых представителей группы показатель близок к корунду и алмазу. Это самые твердые минералы на земле.

Особенно отличились карбиды переходных металлов. Это элементы побочных подгрупп периодической системы. У всех переходных металлов есть электроны на d- и f-орбиталях.

Обобщает карбиды и высокая температура плавления. Как правило, она выше, чем у входящего в соединение металла.

Если он из переходных, размягчение может начинаться лишь при 3000 градусов Цельсия.

Интересно, что температура плавления поднимается вместе с номером группы, к коей принадлежит «сосед» углерода.

Наиболее тугоплавкими являются карбиды с элементами из 5-7-ой групп таблицы Менделеева.

Где карбид можно понять по структуре соединений. Их решетки, зачастую, дефектны.

Это значит, есть отклонения от теоретической схемы, разрывы и смещения. Именно поэтому свойства карбидов могут в 100, а то и 1000 раз разниться с высчитанными по формулам.

Что-такое-карбид-Свойства-карбида-Применение-карбида-3

Так, многие соединения класса устойчивы к коррозии и не растворяются в большинстве кислот.

Виды карбидов

Основных видов карбидов три. Первый – ковалентные соединения. Валентность – предрасположенность к определенному числу химических связей.

Ковалентная связь – это  перекрытие валентных облаков разных элементов. То есть, у них образуются общие электронные пары. Именно такие лежат в основе ковалентных карбидов.

К ковалентным относятся карбиды лишь двух элементов: брома и кремния. Оба соединения химически инертны. Их межатомные связи прочны.

В итоге, карбиды группы трудно расплавить, — решетка не хочет рушиться. Прочность связи делает оба соединения твердыми.

Карбид брома даже соперничает с алмазом. Некоторые образцы углеродного соединения царапают бриллианты, то есть, тверже них.

Карбид кремния алмаз не «побеждает», но свои достойные 8 баллов по шкале Мооса имеет.

Растворяют ковалентные карбиды лишь плавиковая кислота, концентрированная азотная и царская водка. Окисление карбидов группы происходит лишь при нагреве до 1000 градусов.

Второй вид карбидов – ионный. Его, так же, именуют солеобразным. Все образованны металлами 1-ой и 2-ой групп таблицы Менделеева.

В класс включен и карбид алюминия. Соединения группы разлагаются не только кислотами, но и водой.

Камешки, заставляющие «закипать» лужи, к примеру, — карбид кальция. Он, кстати, довольно токсичен, может разъесть слизистые. Зачем же его завозят на строительные рынки, поймем в следующей главе.

Что-такое-карбид-Свойства-карбида-Применение-карбида-4

При реакции ионных карбидов с водой выделяется водород. В жидкости формируется и выпадает в осадок гидроксид металла.

Реакция протекает бурно. Резкий выброс на поверхность воды водорода и дает то самое пузырение.

Третий вид карбидов – ионно-ковалентно-металлические, попросту, металлоподобные.

Такие соединения формируются элементами 4-ой, 5-ой, 6-ой, 7-ой групп периодической системы. Исключения: — карбиды никеля, кобальта и железа.

Если у ковалентных карбидов химическая активность низкая, а у ионных – высокая, то у третьего вида соединений она средняя.

Примечательно строение молекул. Их основа – атомы металла. Атомы же углерода находятся в пустотах между ними.

Поэтому, к примеру, карбид вольфрама называют внедренным. Имеется в виду, что углерод внедрился в кристаллическую решетку металла.

Такое строение обеспечивает рекордную прочность и высокую температуру плавления. Еще одно известное соединение группы – карбид титана.

Применение карбида

Карбид титана стал основой безвольфрамовых, но столь же твердых сплавов.

К тому же, соединение служит покрытием инструментария, в основном, промышленного и строительного.

Такое напыление сводит к минимуму износ деталей и позволяет обрабатывать ими даже самые твердые материалы.

Карбид кремния, так же, используют в качестве абразива. В природном виде, коим является минерал муассанит, соединение цениться ювелирами, причем, выше чем близкий по виду и свойствам фианит.

Карбид кальция нужен при сварочных работах. Из соединения получают ацетилен. Карбид служит его источником, а заодно, и топливом для  машин кислородной сварки.

Что-такое-карбид-Свойства-карбида-Применение-карбида-5

Ацетилен – газ. Одного его достаточно для работы аппаратов. Но, есть еще и вода. Карбид кальция вступает с ней в бурную реакцию.

Итог – не только пузырьки, нравящиеся детям, но и обилие тепла – еще одного источника энергии.

Карбид бора применяют в качестве огнеупора. Температура плавления соединения составляет почти 2500 градусов.

Прочность карбида позволяет добавлять его в бронежилеты. Защитить материал способен не только от пуль, но и радиации.

Поэтому, один из ответов на вопрос, где взять карбид бора, — в защитных экранах, задерживающих излучение.

Список карбидов и их роли в жизни общества может занять многие страницы. Соединений несколько десятков и у каждого из них есть применение, причем, не одно. Нет и единственной схемы получения карбидов.

Придется ограничиться общими фразами. Однако, и в них есть толика полезной информации.

Получение карбидов

Большинство карбидов именно получают, а не добывают. Первый синтез проведен в начале 19-го столетия.

Англичанин по фамилии Дэви получил карбид калия. В 1863-ем создали карбид меди.

Он оказался неустойчивым, в отличие от третьего синтезированного соединения углерода с железом.

Смотря на опытные образцы, ученые не могли понять, где найти карбид за пределами лабораторий.

Минералы, в которых металлы соединены с углеродом открыли лишь в начале 20-го века.

Кроме муассанита, геологи нашли когенит – смесь карбида кобальта с никелем и железом.

Судя по дате открытия карбидных минералов, они не являются распространенными.

Поэтому, в промышленных масштабах героев статьи до сих пор синтезируют. Масса карбида может получиться, к примеру, из древесного угля и оксидов металлов.

Что-такое-карбид-Свойства-карбида-Применение-карбида-6

Они преобразуются в карбиды при помощи вольтовой дуги и электрической печи.

Цена карбида

Карбид кальция купить предлагают примерно за 40-90 рублей за килограмм. Соединение углерода с бором стоит от 100-та рублей за кило.

Купить карбид кремния предлагают примерно по 160 рублей за 1000 граммов.

А вот за кило карбида гафния придется выложить около 21 000 рублей, причем, при оптовых закупках.

То есть, стоимость материала во многом зависит от присутствующего в нем металла, или неметалла. Существует даже карбид золота.

Он, кстати, способен взорваться при простом пересыпании порошка. Так что, даже за большую цену, доставить сырье потребителю – задача не из легких.

Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *