Дүйнө жүзүндө көптөгөн ар кандай химиялык кошулмалар белгилүү: болжол менен жүз миллиондогон. Жана алардын баары, адамдар сыяктуу, жеке. Бир эле химиялык жана физикалык касиеттерге ээ болгон эки затты табуу мүмкүн эмес.
Дүйнөдөгү эң кызыктуу органикалык эмес заттардын бири – карбиддер. Бул макалада биз алардын түзүлүшүн, физикалык жана химиялык касиеттерин, колдонулуштарын жана өндүрүшүнүн татаалдыктарын талдайбыз. Бирок адегенде ачылыштын тарыхы жөнүндө бир аз.
Тарых
Төмөндө формулаларын бере турган металл карбиддери табигый кошулмалар эмес. Бул алардын молекулалары суу менен өз ара аракеттенгенде ыдырай тургандыгы менен шартталган. Ошондуктан, бул жерде карбиддерди синтездөөнүн алгачкы аракеттери жөнүндө сөз кылуу керек.
1849-жылдан бери кремний карбидинин синтезине шилтемелер бар, бирок бул аракеттердин айрымдары таанылбай келет. Ири масштабдуу өндүрүш 1893-жылы америкалык химик Эдвард Ачесон тарабынан башталган.
Кальций карбидинин синтезинин тарыхы да көп сандагы маалымат менен айырмаланбайт. 1862-жылы немис химиги Фридрих Вёлер аны легирленген цинк менен кальцийди көмүр менен ысытуу аркылуу алган.
Эми кызыктуураак бөлүмдөргө өтөбүз: химиялык жанафизикалык касиеттери. Анткени, бул класстагы заттарды колдонуунун бардык маңызы аларда жатат.
Физикалык касиеттери
Бардык карбиддер катуулугу менен айырмаланат. Мисалы, Mohs шкаласы боюнча эң катуу заттардын бири вольфрам карбиди (мүмкүн болгон 10 баллдын 9у). Мындан тышкары, бул заттар өтө отко чыдамдуу: алардын кээ бирлеринин эрүү температурасы эки миң градуска жетет.
Карбиддердин көбү химиялык жактан инерттүү жана аз өлчөмдөгү заттар менен өз ара аракеттенет. Алар эч кандай эриткичтерде эрибейт. Бирок эритүү байланыштардын бузулушу жана металл гидроксидинин жана углеводороддун пайда болушу менен суу менен өз ара аракеттенүүнү кароого болот.
Биз кийинки бөлүмдө акыркы реакция жана карбиддер катышкан көптөгөн башка кызыктуу химиялык трансформациялар жөнүндө сүйлөшөбүз.
Химиялык касиеттери
Дээрлик бардык карбиддер суу менен өз ара аракеттенишет. Кээ бирлери - оңой жана ысытуусуз (мисалы, кальций карбиди), кээ бирлери (мисалы, кремний карбиди) - суу буусун 1800 градуска чейин ысытуу менен. Бул учурда реактивдүүлүк кошулмадагы байланыштын табиятынан көз каранды, аны биз кийинчерээк талкуулайбыз. Суу менен реакцияда түрдүү углеводороддор пайда болот. Бул суудагы суутек карбиддеги көмүртек менен биригип кеткендиктен болот. Баштапкы заттын курамындагы көмүртектин валенттүүлүгүнө таянып, кайсы углеводород чыгаарын түшүнүүгө болот (жана каныккан жана каныкпаган кошулмалар да чыгышы мүмкүн). Мисалы, эгерде убизде кальций карбиди бар, анын формуласы CaC2, анын курамында C22- ион бар экенин көрөбүз.. Бул ага + заряды бар эки суутек ионунун кошулушу мүмкүн экенин билдирет. Ошентип, биз C2H2 - ацетиленди алабыз. Ушундай эле формуласы Al4C3 болгон алюминий карбиди сыяктуу кошулмадан CH алабыз. 4. Эмне үчүн C3H12 деп сурайсызбы? Анткени, иондун заряды 12-. Чынында, суутек атомдорунун максималдуу саны 2n + 2 формуласы менен аныкталат, мында n - көмүртек атомдорунун саны. Бул C3H8 (пропан) формуласы бар кошулма гана болушу мүмкүн жана заряды 12- болгон ион үчкө ажырайт дегенди билдирет. 4- заряды бар иондор, алар протондор менен бириккенде метан молекулаларын берет.
Карбиддердин кычкылдануу реакциялары кызыктуу. Алар кычкылдандыруучу заттардын күчтүү аралашмаларына дуушар болгондо да, кычкылтек атмосферасында кадимки күйүү учурунда да пайда болушу мүмкүн. Эгерде кычкылтек менен баары түшүнүктүү болсо: эки оксид алынат, анда башка кычкылдандыргычтар менен бул кызыктуураак. Мунун баары карбиддин курамына кирген металлдын табиятынан, ошондой эле кычкылдануучу заттын табиятынан көз каранды. Мисалы, кремний карбиди, анын формуласы SiC, азот жана гидрофтор кислоталарынын аралашмасы менен аракеттенгенде, көмүр кычкыл газын бөлүп чыгаруу менен гексафторосилиций кислотасын түзөт. Жана ошол эле реакцияны жүргүзгөндө, бирок азот кислотасы менен гана кремний кычкылын жана көмүр кычкыл газын алабыз. Галогендерди жана халькогендерди кычкылдандыргыч агенттер деп атоого болот. Ар кандай карбид алар менен өз ара аракеттенет, реакциянын формуласы анын түзүлүшүнө гана көз каранды.
Формулалары биз карап чыккан металл карбиддер бирикмелердин бул классынын жалгыз өкүлдөрүнөн алыс. Эми биз бул класстын өнөр жайлык жактан маанилүү кошулмаларынын ар бирин кылдат карап чыгып, алардын жашообузда колдонулушу жөнүндө сүйлөшөбүз.
Карбиддер деген эмне?
Көрсө, карбид, анын формуласы, айталы, CaC2, түзүлүшү боюнча SiCден бир топ айырмаланат. Ал эми айырма биринчи кезекте атомдордун ортосундагы байланыштын табиятында. Биринчи учурда, биз туз сыяктуу карбид менен иш алып барат. Бул кошулмалардын классы ушундай аталды, анткени ал өзүн туз сыяктуу алып жүрөт, башкача айтканда, иондорго ажырай алат. Мындай иондук байланыш өтө начар, бул гидролиз реакциясын жана башка көптөгөн трансформацияларды, анын ичинде иондордун өз ара аракеттенүүсүн жеңилдетет.
Карбиддин дагы бир, балким, өнөр жайлык жактан маанилүү түрү - SiC же WC сыяктуу коваленттүү карбид. Алар жогорку тыгыздыгы жана күчү менен мүнөздөлөт. Ошондой эле отко чыдамдуу жана химиялык заттарды суюлтууга инерттүү.
Металга окшош карбиддер да бар. Алар, тескерисинче, көмүртек менен металл эритмелери катары каралышы мүмкүн. Булардын ичинен, мисалы, цементитти (темир карбиди, формуласы ар кандай, бирок орто эсеп менен бул болжол менен төмөнкүдөй: Fe3C) же чоюнду айырмалоого болот. Алардын химиялык активдүүлүгү иондук жана коваленттик карбиддердин ортосундагы аралык даражага ээ.
Биз талкуулап жаткан химиялык кошулмалар классынын бул түрчөлөрүнүн ар биринин өзүнүн практикалык колдонулушу бар. Кантип жана кайда кайрылуу керекар бири жөнүндө кийинки бөлүмдө сүйлөшөбүз.
Карбиддердин практикалык колдонулушу
Биз буга чейин талкуулагандай, коваленттүү карбиддер практикалык колдонуунун эң кеңири спектрине ээ. Булар абразивдик жана кесүүчү материалдар жана ар кандай тармактарда колдонулган композиттик материалдар (мисалы, дененин курал-жарактарын түзгөн материалдардын бири катары), авто тетиктери, электрондук аппараттар, жылытуу элементтери жана ядролук энергия. Бул өтө катуу карбиддер үчүн колдонмолордун толук тизмеси эмес.
Туз түзүүчү карбиддердин колдонулушу эң тар. Алардын суу менен реакциясы углеводороддорду алуу үчүн лабораториялык ыкма катары колдонулат. Мунун кантип болорун жогоруда талкууладык.
Коваленттик менен катар металл сымал карбиддер өнөр жайда кеңири колдонулат. Жогоруда айтылгандай, биз сөз кылып жаткан кошулмалардын металлга окшош түрү болот, чоюн жана көмүртек аралашкан башка металл кошулмалар. Эреже катары, мындай заттарда табылган металл d-металлдардын классына кирет. Ошондуктан ал коваленттик эмес байланыштарды түзүүгө ыктайт, бирок металлдын структурасына киргизилет.
Биздин оюбузча, жогорудагы кошулмалардын практикалык колдонулушу жетиштүү. Эми аларды алуу процессин карап көрөлү.
Карбиддерди өндүрүү
Биз карап чыккан карбиддердин биринчи эки түрү, атап айтканда, коваленттүү жана туз сымал, көбүнчө бир жөнөкөй жол менен алынат: элементтин оксиди менен кокстун жогорку температурадагы реакциясы аркылуу. Ошол эле учурда, бөлүккөмүртектен турган кокс оксиддин курамындагы элементтин атому менен биригип, карбидди пайда кылат. Калган бөлүгү кычкылтекти «алып», көмүртек кычкыл газын пайда кылат. Бул ыкма абдан энергияны талап кылат, анткени ал реакция зонасында жогорку температураны (болжол менен 1600-2500 градус) сактоону талап кылат.
Альтернативдик реакциялар кошулмалардын айрым түрлөрүн алуу үчүн колдонулат. Мисалы, бир карбидди берет кошулма, ажыратуу. Реакция формуласы конкреттүү кошулмага көз каранды, андыктан аны талкуулабайбыз.
Макалабызды жыйынтыктоодон мурун, келгиле, кээ бир кызыктуу карбиддерди талкуулап, алар жөнүндө кененирээк сүйлөшөлү.
Кызыктуу байланыштар
Натрий карбиди. Бул кошулма үчүн формула C2Na2. Муну карбид эмес, ацетиленид (б.а. ацетилендеги суутек атомдорунун натрий атомдору менен алмаштыруу продуктусу) катары караса болот. Химиялык формула бул кылдаттыктарды толук чагылдырбайт, ошондуктан аларды түзүмдө издөө керек. Бул абдан активдүү зат жана суу менен ар кандай байланышта ацетилен жана щелочтун пайда болушу менен аны менен активдүү өз ара аракеттенет.
Магний карбиди. Формула: MgC2. Бул жетишерлик активдүү кошулманы алуу ыкмалары кызыгууну жаратат. Алардын бири магний фториди менен кальций карбиди жогорку температурада агломерациялоону камтыйт. Мунун натыйжасында эки продукты алынат: фториди кальций жана бизге керектүү карбид. Бул реакциянын формуласы абдан жөнөкөй жана эгер кааласаңыз, аны атайын адабияттан окуй аласыз.
Эгер сиз макалада берилген материалдын пайдалуулугуна ишенбесеңиз, анда төмөнкүсиз үчүн бөлүм.
Бул жашоодо кандайча пайдалуу болушу мүмкүн?
Биринчиден, химиялык кошулмаларды билүү эч качан ашыкча болбойт. Билимсиз калгандан көрө, дайыма билим менен куралданган жакшы. Экинчиден, кээ бир кошулмалардын бар экендиги жөнүндө канчалык көп билсеңиз, алардын пайда болуу механизмин жана алардын бар болушуна жол берген мыйзамдарды ошончолук жакшы түшүнөсүз.
Акырына өтүүдөн мурун бул материалды изилдөө боюнча бир нече сунуштарды айткым келет.
Кантип изилдөө керек?
Абдан жөнөкөй. Бул жөн гана химиянын бир тармагы. Ал эми химия окуу китептеринде окуш керек. Мектеп маалыматынан баштап, университеттин окуу китептеринен жана маалымдамалардагы тереңирээк маалыматка өтүңүз.
Тыянак
Бул тема бир караганда бир караганда жөнөкөй жана кызыксыз эмес. Химиядан максатыңызды тапсаңыз, ар дайым кызыктуу болушу мүмкүн.
