Karbidi, mikä tahansa kemiallisten yhdisteiden luokasta, jossa hiili on yhdistetty metalli- tai semimetallielementtiin. Kalsiumkarbidi on tärkeä pääasiassa asetyleenin ja muiden kemikaalien lähteenä, kun taas piin, volframin ja useiden muiden elementtien karbidit arvostetaan fyysisestä kovuudestaan, lujuudestaan ja kemiallisen iskunkestävyydestään jopa erittäin korkeissa lämpötiloissa. Rautakarbidi (sementiitti) on tärkeä ainesosa teräksessä ja valuraudassa.
uraanin käsittely: karbidipolttoaineet
Erilaisia uraani- ja plutoniumkarbideja tunnetaan, mukaan lukien monokarbidit (UC, PuC), seskvikarbidit (U2C3, .
Kovametallien valmistus
Karbidit valmistetaan hiilestä ja samanlaisesta tai pienemmästä sähköä negatiivisesta elementistä, yleensä joko metallista tai metallioksidista, lämpötiloissa 1 000–2 800 ° C (1 800–5 100 ° F). Lähes mikä tahansa kovametallia voidaan valmistaa yhdellä monista yleisistä menetelmistä. Ensimmäinen menetelmä käsittää elementtien suoran yhdistämisen korkeissa lämpötiloissa (2 000 ° C (3 600 ° F) tai korkeampi). Toinen menetelmä on metalliyhdisteen, yleensä oksidin, reaktio hiilen kanssa korkeassa lämpötilassa. Kaksi muuta menetelmät käsittävät reaktion metallin tai metallisuolan kanssa hiilivedyn, yleensä asetyleeni, C 2 H 2. Yhdessä menetelmässä kuumennettu metalli reagoi kaasumaisen hiilivedyn kanssa; toisessa, metalli liuotetaan nestemäisessä ammoniakissa, NH 3, ja hiilivedyn kuplitetaan liuoksen läpi. Asetyleenillä valmistettuja karbideja kutsutaan asetyyleiksi ja ne sisältävät C 2 2- anionin. Esimerkiksi alkalimetalliasetyylit valmistetaan parhaiten liuottamalla alkalimetalli nestemäiseen ammoniakkiin ja johtamalla asetyleeni liuoksen läpi. Nämä yhdisteet, joilla on yleinen kaava M 2 C 2 (jossa M on metalli), väritöntä, kiteistä kiintoainetta. Ne reagoivat kiivaasti veden kanssa ja ilmassa kuumentuessaan hapettuvat karbonaatiksi. Maa-alkalikarbidit ovat myös asetyyleja. Niillä on yleinen kaava MC 2 ja valmistetaan kuumentamalla maa-alkalimetallin kanssa asetyleenin yli 500 ° C (900 ° F).
Kovametallien luokittelu
Kovametallien luokittelu rakennetyypin perusteella on melko vaikeaa, mutta kolme laajaa luokitusta johtuu niiden ominaisuuksien yleisestä kehityksestä. Sähköopositiivisimmat metallit muodostavat ionisia tai suolamaisia karbidia, jaksollisen taulukon keskellä olevat siirtymämetallit yleensä muodostavat niin kutsutut interstitiaaliset karbidit, ja hiilen kaltaiset elektronegatiivisuuden epämetallit muodostavat kovalenttiset tai molekyylikarbidit.
Ioniset kovametallit
Ioninen karbidit ovat erillisiä hiili anioneja muodoista C 4-, jota joskus kutsutaan methanides, koska ne voidaan nähdä on johdettu metaanista, (CH 4); C 2 2 -, jota kutsutaan asetyylideiksi ja johdettu asetyleenistä (C 2 H 2); ja C 3 -4-, jotka ovat peräisin alleeni (C 3 H 4). Parhaiten karakterisoidut metanidit ovat luultavasti berylliumkarbidia (Be 2 C) ja alumiinikarbidia (Al 4 C 3). Berylliumoksidi (BeO) ja hiili reagoivat 2 000 ° C: ssa (3 600 ° F) tuottaen tiilenpunaisen berylliumkarbidin, kun taas vaaleankeltainen alumiinikarbidi valmistetaan alumiinista ja hiilestä uunissa. Alumiinikarbidi reagoi tyypillisenä metanidina veden kanssa metaanin tuottamiseksi. Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4AL (OH) 3 + 3CH 4
On monia asetyylideja, jotka ovat hyvin tunnettuja ja karakterisoituja. Edellä mainittujen alkalimetallien ja maa-alkalimetallien lisäksi lantani (La) muodostaa kaksi eri asetyyliä, ja kupari (Cu), hopea (Ag) ja kulta (Au) muodostavat räjähtäviä asetyylideja. Sinkki (Zn), kadmium (Cd) ja elohopea (Hg) muodostavat myös asetyylideja, vaikka niitä ei olekaan karakterisoitu yhtä hyvin. Tärkein näistä yhdisteistä on kalsiumkarbidia, SERTIn 2. Kalsiumkarbidin ensisijainen käyttö on asetyleenin lähde kemianteollisuudessa käytettäväksi. Kalsiumkarbidia syntetisoidaan teollisesti kalsiumoksidista (kalkista), CaO: sta ja hiilestä koksin muodossa noin 2200 ° C: ssa. Puhtaalla kalsiumkarbidilla on korkea sulamispiste (2 300 ° C [4 200 ° F]) ja se on väritön kiinteä aine. Reaktio SERTIn 2 vedellä saannot C 2 H 2 ja merkittävän määrän lämpöä, niin reaktio suoritetaan huolellisesti valvotuissa olosuhteissa. CaO + 3C → CaC 2 + CO
CaC 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2 Kalsiumkarbidi reagoi myös typpikaasun kanssa korotetuissa lämpötiloissa (1 000–1 200 ° C [1 800–2 200 ° F]) muodostavat kalsiumsyanamidi, CaCN 2. SERTIn 2 + N 2 → CaCN 2 + CThis on tärkeä teollisuuden reaktiossa, koska CaCN 2 löydöt laajaa käyttöä lannoitteena, koska sen reaktio veden kanssa tuottaa syanamidi, H 2 NCN. Useimmat MC 2 asetylideja on SERTIn 2 rakenne, joka on johdettu kuutiometriä natriumkloridia (NaCl) rakenne. C 2 yksikköä yhdensuuntaisina pitkin kennojen akselit, mikä aiheuttaa vääristymää solun kuutiometriä ja tetragonaalinen.
Välimateriaalit
Interstitiaaliset karbidit johdetaan pääasiassa suhteellisen suurista siirtymämetalleista, jotka toimivat isäntähilana pienille hiiliatomeille, jotka vievät tiiviisti pakattujen metalliatomien raot. (Katso kristalli keskustelua kiinteiden aineiden pakkausjärjestelyistä.) Interstitiaalisille karbidille on ominaista äärimmäinen kovuus, mutta samalla äärimmäinen hauraus. Niillä on erittäin korkeat sulamispisteet (tyypillisesti noin 3 000–4 000 ° C [5 400–7 200 ° F]) ja ne säilyttävät monet itse metalliin liittyvät ominaisuudet, kuten lämmön ja sähkön korkea sähkönjohtavuus sekä metallinen kiilto. Korotetuissa lämpötiloissa jotkut interstitiaaliset karbidit säilyttävät metallien mekaaniset ominaisuudet, kuten muovattavuus. Monilla varhaisilla siirtymämetalleilla on säteet, jotka ovat riittävän suuret interstitiaalisten monokarbidien muodostamiseksi, MC. Kriittinen (ts. Minimisäde) näyttää olevan suunnilleen 1,35 angströmiä (1,35 × 10 −8 cm tai 5,32 × 10 −9 tuumaa). Useimmat siirtymämetallit muodostavat kuitenkin useiden stökiömetrioiden interstitiaaliset karbidit. Esimerkiksi mangaanin (Mn) tiedetään muodostavan ainakin viisi erilaista interstitiaalista karbidia. Toisin kuin ioniset karbidit, useimmat interstitiaaliset karbidit eivät reagoi veden kanssa ja ovat kemiallisesti inerttejä. Useilla niistä on teollista merkitystä, kuten volframikarbidilla (WC) ja tantaalikarbidilla (TaC), joita käytetään nopeina leikkaustyökaluina äärimmäisen kovuuden ja kemiallisen inerttinsä vuoksi. Rautakarbidi (sementti), Fe 3 C, on tärkeä komponentti teräksessä.
