Dünyada birçok farklı kimyasal bileşik bilinmektedir: yaklaşık yüz milyonlarca. Ve hepsi, insanlar gibi, bireyseldir. Aynı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip, farklı bileşime sahip iki madde bulmak imkansızdır.
Dünyada var olan en ilginç inorganik maddelerden biri karbürlerdir. Bu yazıda yapılarını, fiziksel ve kimyasal özelliklerini, uygulamalarını tartışacağız ve üretimlerinin inceliklerini analiz edeceğiz. Ama önce, keşfin tarihi hakkında biraz bilgi verelim.
Tarih
Aşağıda formüllerini vereceğimiz metal karbürler doğal bileşikler değildir. Bunun nedeni, moleküllerinin su ile etkileşime girdiğinde ayrışma eğiliminde olmasıdır. Bu nedenle, burada karbürleri sentezlemek için yapılan ilk girişimlerden bahsetmeye değer.
1849'dan itibaren silisyum karbürün sentezine ilişkin referanslar vardır, ancak bu girişimlerin bazıları tanınmamıştır. Büyük ölçekli üretim, 1893'te Amerikalı kimyager Edward Acheson tarafından daha sonra onun adıyla anılacak bir süreçte başladı.
Kalsiyum karbür sentezinin tarihi de büyük miktarda bilgi açısından farklılık göstermez. 1862'de Alman kimyager Friedrich Wöhler, alaşımlı çinko ve kalsiyumu kömürle ısıtarak elde etti.
Şimdi daha ilginç bölümlere geçelim: kimyasal vefiziksel özellikler. Ne de olsa, bu madde sınıfının kullanımının tüm özü onlarda yatmaktadır.
Fiziksel özellikler
Kesinlikle tüm karbürler sertlikleriyle ayırt edilir. Örneğin, Mohs ölçeğindeki en sert maddelerden biri tungsten karbürdür (10 olası puan üzerinden 9'u). Ayrıca bu maddeler çok dirençlidir: bazılarının erime noktası iki bin dereceye ulaşır.
Karbürlerin çoğu kimyasal olarak inerttir ve az miktarda maddeyle etkileşime girer. Herhangi bir çözücüde çözünmezler. Ancak çözünme, bağların yok edilmesi ve metal hidroksit ve hidrokarbon oluşumu ile su ile etkileşim olarak kabul edilebilir.
Son reaksiyondan ve karbürleri içeren diğer birçok ilginç kimyasal dönüşümden bir sonraki bölümde bahsedeceğiz.
Kimyasal özellikler
Neredeyse tüm karbürler su ile etkileşime girer. Bazıları - kolayca ve ısıtmadan (örneğin kalsiyum karbür) ve bazıları (örneğin silikon karbür) - su buharını 1800 dereceye ısıtarak. Bu durumda reaktivite, daha sonra tartışacağımız bileşikteki bağın doğasına bağlıdır. Su ile reaksiyonda çeşitli hidrokarbonlar oluşur. Bu, suda bulunan hidrojenin karbür içindeki karbon ile birleşmesi nedeniyle olur. Hangi hidrokarbonun ortaya çıkacağını (ve hem doymuş hem de doymamış bileşiklerin ortaya çıkabileceğini) orijinal maddede bulunan karbonun değerine bağlı olarak anlamak mümkündür. Örneğin, eğerformülü CaC2 olan kalsiyum karbürümüz var, bunun C22- iyonunu içerdiğini görüyoruz.. Bu, ona + yüklü iki hidrojen iyonunun eklenebileceği anlamına gelir. Böylece, C2H2 - asetilen bileşiğini elde ederiz. Aynı şekilde, formülü Al4C3 olan alüminyum karbür gibi bir bileşikten CH elde ederiz. 4. Neden C3H12 değil, soruyorsun? Sonuçta, iyonun yükü 12-'dir. Gerçek şu ki, maksimum hidrojen atomu sayısı, n'nin karbon atomu sayısı olduğu 2n + 2 formülü ile belirlenir. Bu, yalnızca C3H8 (propan) formülüne sahip bir bileşiğin var olabileceği ve 12 yüklü iyonun üçe bozunduğu anlamına gelir. protonlarla birleştiğinde metan molekülleri veren 4 yüklü iyonlar.
Karbürlerin oksidasyon reaksiyonları ilginçtir. Hem güçlü oksitleyici ajan karışımlarına maruz kaldıklarında hem de oksijen atmosferinde normal yanma sırasında ortaya çıkabilirler. Oksijenle her şey açıksa: iki oksit elde edilir, o zaman diğer oksitleyici ajanlarla daha ilginçtir. Her şey, karbürün parçası olan metalin yanı sıra oksitleyici maddenin doğasına da bağlıdır. Örneğin, formülü SiC olan silisyum karbür, bir nitrik ve hidroflorik asit karışımı ile etkileşime girdiğinde, karbondioksit salınımı ile heksaflorosilisik asit oluşturur. Ve aynı reaksiyonu gerçekleştirirken, ancak sadece nitrik asit ile silikon oksit ve karbon dioksit elde ederiz. Halojenler ve kalkojenler ayrıca oksitleyici ajanlar olarak da adlandırılabilir. Herhangi bir karbür onlarla etkileşime girer, reaksiyon formülü yalnızca yapısına bağlıdır.
Formüllerini ele aldığımız metal karbürler, bu bileşik sınıfının tek temsilcilerinden uzaktır. Şimdi bu sınıfın endüstriyel açıdan önemli bileşenlerinin her birine daha yakından bakacağız ve sonra onların hayatımızdaki uygulamaları hakkında konuşacağız.
Karbürler nelerdir?
Örneğin, formülü CaC2, olan karbürün yapısı SiC'den önemli ölçüde farklı olduğu ortaya çıktı. Ve fark, öncelikle atomlar arasındaki bağın doğasındadır. İlk durumda, tuz benzeri karbür ile uğraşıyoruz. Bu bileşik sınıfı, aslında bir tuz gibi davrandığı, yani iyonlara ayrışabildiği için bu şekilde adlandırılmıştır. Böyle bir iyonik bağ çok zayıftır, bu da hidroliz reaksiyonunu ve iyonlar arasındaki etkileşimler de dahil olmak üzere diğer birçok dönüşümü gerçekleştirmeyi kolaylaştırır.
Endüstriyel açıdan belki daha önemli olan başka bir karbür türü, SiC veya WC gibi kovalent karbürdür. Yüksek yoğunluk ve mukavemet ile karakterize edilirler. Ayrıca kimyasalları seyreltmek için refrakter ve inerttir.
Metal benzeri karbürler de vardır. Daha çok karbonlu metallerin alaşımları olarak kabul edilebilirler. Bunlar arasında örneğin sementit (formülü değişen demir karbür, ancak ortalama olarak yaklaşık olarak şöyledir: Fe3C) veya dökme demir ayırt edilebilir. İyonik ve kovalent karbürler arasında bir derece kimyasal aktiviteye sahiptirler.
Tartıştığımız kimyasal bileşikler sınıfının bu alt türlerinin her birinin kendi pratik uygulaması vardır. Nasıl ve nereye başvurulurher biri, bir sonraki bölümde bahsedeceğiz.
Karbürlerin pratik uygulaması
Daha önce tartıştığımız gibi, kovalent karbürler en geniş pratik uygulama yelpazesine sahiptir. Bunlar aşındırıcı ve kesici malzemeler, çeşitli alanlarda kullanılan kompozit malzemeler (örneğin vücut zırhını oluşturan malzemelerden biri olarak), otomobil parçaları ve elektronik cihazlar ile ısıtma elemanları ve nükleer enerjidir. Ve bu, bu süper sert karbürler için tam bir uygulama listesi değildir.
Tuz oluşturan karbürler en dar uygulamaya sahiptir. Su ile reaksiyonları, hidrokarbon üretmek için bir laboratuvar yöntemi olarak kullanılır. Bunun nasıl olduğunu yukarıda zaten tartışmıştık.
Kovalent ile birlikte, metal benzeri karbürler endüstride en geniş uygulamaya sahiptir. Daha önce de söylediğimiz gibi, tartıştığımız bu tür metal benzeri bileşikler çelikler, dökme demirler ve karbon serpiştirilmiş diğer metal bileşiklerdir. Kural olarak, bu tür maddelerde bulunan metal, d-metal sınıfına aittir. Bu nedenle kovalent bağlar oluşturmaya değil, olduğu gibi metalin yapısına katılmaya meyillidir.
Bize göre, yukarıdaki bileşikler fazlasıyla pratik uygulamalara sahiptir. Şimdi bunları elde etme sürecine bir göz atalım.
Karbür üretimi
İncelediğimiz ilk iki karbür türü, yani kovalent ve tuz benzeri, çoğunlukla basit bir yolla elde edilir: elementin oksidi ile kokunun yüksek sıcaklıkta reaksiyona girmesiyle. Aynı zamanda, bölümkarbondan oluşan kok, oksidin bileşimindeki bir elementin atomu ile birleşerek bir karbür oluşturur. Diğer kısım oksijeni "alır" ve karbon monoksit oluşturur. Bu yöntem, reaksiyon bölgesinde yüksek bir sıcaklığın (yaklaşık 1600-2500 derece) muhafaza edilmesini gerektirdiğinden çok enerji tüketir.
Belirli türdeki bileşikleri elde etmek için alternatif reaksiyonlar kullanılır. Örneğin, sonuçta bir karbür veren bir bileşiğin ayrışması. Reaksiyon formülü spesifik bileşiğe bağlıdır, bu yüzden onu tartışmayacağız.
Makalemizi bitirmeden önce, bazı ilginç karbürleri tartışalım ve onlar hakkında daha detaylı konuşalım.
İlginç bağlantılar
Sodyum karbür. Bu bileşiğin formülü C2Na2 şeklindedir. Bu daha çok bir karbürden ziyade bir asetilenid (yani asetilendeki hidrojen atomlarının sodyum atomları ile yer değiştirmesinin ürünü) olarak düşünülebilir. Kimyasal formül bu incelikleri tam olarak yansıtmadığından yapıda aranmaları gerekir. Bu çok aktif bir maddedir ve suyla herhangi bir temasında asetilen ve alkali oluşumu ile çok aktif bir şekilde etkileşime girer.
Magnezyum karbür. Formül: MgC2. Bu yeterince aktif bileşiği elde etmek için yöntemler ilgi çekicidir. Bunlardan biri, magnezyum florürün yüksek sıcaklıkta kalsiyum karbür ile sinterlenmesini içerir. Bunun sonucunda iki ürün elde edilir: ihtiyacımız olan kalsiyum florür ve karbür. Bu reaksiyonun formülü oldukça basittir ve dilerseniz özel literatürde okuyabilirsiniz.
Makalede sunulan materyalin kullanışlılığından emin değilseniz, aşağıdakisizin için bölüm.
Bu hayatta nasıl faydalı olabilir?
Eh, her şeyden önce, kimyasal bileşiklerin bilgisi asla gereksiz olamaz. Bilgisiz kalmaktansa bilgiyle donanmak her zaman daha iyidir. İkinci olarak, belirli bileşiklerin varlığı hakkında ne kadar çok şey bilirseniz, onların oluşum mekanizmalarını ve var olmalarına izin veren yasaları o kadar iyi anlarsınız.
Sona geçmeden önce, bu materyalin incelenmesi için birkaç tavsiyede bulunmak istiyorum.
Nasıl çalışılır?
Çok basit. Bu sadece bir kimya dalıdır. Ve kimya ders kitaplarında çalışılmalıdır. Okul bilgileriyle başlayın ve üniversite ders kitaplarından ve referans kitaplarından daha ayrıntılı bilgilere geçin.
Sonuç
Bu konu ilk bakışta göründüğü kadar basit ve sıkıcı değil. İçinde amacını bulursan kimya her zaman ilginç olabilir.
