Nel mondo sono conosciuti molti composti chimici diversi: circa centinaia di milioni. E tutti loro, come le persone, sono individuali. È impossibile trovare due sostanze che abbiano le stesse proprietà chimiche e fisiche con composizione diversa.
Una delle sostanze inorganiche più interessanti che esistono al mondo sono i carburi. In questo articolo, discuteremo la loro struttura, le proprietà fisiche e chimiche, le applicazioni e analizzeremo le complessità della loro produzione. Ma prima, un po' sulla storia della scoperta.
Cronologia
I carburi metallici, le cui formule daremo di seguito, non sono composti naturali. Ciò è dovuto al fatto che le loro molecole tendono a decomporsi quando interagiscono con l'acqua. Pertanto, vale la pena parlare qui dei primi tentativi di sintesi dei carburi.
Dal 1849 ci sono riferimenti alla sintesi del carburo di silicio, ma alcuni di questi tentativi rimangono non riconosciuti. La produzione su larga scala iniziò nel 1893 dal chimico americano Edward Acheson in un processo che in seguito prese il suo nome.
Anche la storia della sintesi del carburo di calcio non differisce per una grande quantità di informazioni. Nel 1862, il chimico tedesco Friedrich Wöhler lo ottenne riscaldando zinco e calcio legati con carbone.
Ora passiamo a sezioni più interessanti: chimica eProprietà fisiche. Dopotutto, è in loro che risiede l'intera essenza dell'uso di questa classe di sostanze.
Proprietà fisiche
Assolutamente tutti i carburi si distinguono per la loro durezza. Ad esempio, una delle sostanze più dure sulla scala di Mohs è il carburo di tungsteno (9 punti su 10 possibili). Inoltre, queste sostanze sono molto refrattarie: il punto di fusione di alcune di esse raggiunge i duemila gradi.
La maggior parte dei carburi sono chimicamente inerti e interagiscono con una piccola quantità di sostanze. Sono insolubili in qualsiasi solvente. Tuttavia, la dissoluzione può essere considerata un'interazione con l'acqua con la distruzione dei legami e la formazione di idrossido di metallo e idrocarburo.
Nella prossima sezione parleremo dell'ultima reazione e di molte altre interessanti trasformazioni chimiche che coinvolgono i carburi.
Proprietà chimiche
Quasi tutti i carburi interagiscono con l'acqua. Alcuni - facilmente e senza riscaldamento (ad esempio carburo di calcio) e alcuni (ad esempio carburo di silicio) - riscaldando il vapore acqueo a 1800 gradi. La reattività in questo caso dipende dalla natura del legame nel composto, di cui parleremo più avanti. Nella reazione con l'acqua si formano vari idrocarburi. Ciò accade perché l'idrogeno contenuto nell'acqua si combina con il carbonio nel carburo. È possibile capire quale idrocarburo risulterà (e possono risultare composti sia saturi che insaturi) in base alla valenza del carbonio contenuto nella sostanza originale. Ad esempio, se uabbiamo il carburo di calcio, la cui formula è CaC2, vediamo che contiene lo ione C22-. Ciò significa che ad esso possono essere attaccati due ioni idrogeno con una carica +. Quindi, otteniamo il composto C2H2 - acetilene. Allo stesso modo, da un composto come il carburo di alluminio, la cui formula è Al4C3, otteniamo CH 4. Perché non C3H12, chiedi? Dopotutto, lo ione ha una carica di 12-. Il fatto è che il numero massimo di atomi di idrogeno è determinato dalla formula 2n + 2, dove n è il numero di atomi di carbonio. Ciò significa che può esistere solo un composto con la formula C3H8 (propano) e che lo ione con una carica di 12- decade in tre ioni con una carica di 4-, che danno molecole di metano quando combinati con protoni.
Le reazioni di ossidazione dei carburi sono interessanti. Possono verificarsi sia se esposti a forti miscele di agenti ossidanti, sia durante la normale combustione in atmosfera di ossigeno. Se tutto è chiaro con l'ossigeno: si ottengono due ossidi, allora con altri agenti ossidanti è più interessante. Tutto dipende dalla natura del metallo che fa parte del carburo, nonché dalla natura dell'agente ossidante. Ad esempio, il carburo di silicio, la cui formula è SiC, quando interagisce con una miscela di acidi nitrico e fluoridrico, forma acido esafluorosilicico con rilascio di anidride carbonica. E quando eseguiamo la stessa reazione, ma con solo acido nitrico, otteniamo ossido di silicio e anidride carbonica. Alogeni e calcogeni possono anche essere indicati come agenti ossidanti. Qualsiasi carburo interagisce con loro, la formula di reazione dipende solo dalla sua struttura.
I carburi metallici, le formule di cui abbiamo considerato, sono tutt' altro che gli unici rappresentanti di questa classe di composti. Ora daremo un'occhiata più da vicino a ciascuno dei composti industrialmente importanti di questa classe e poi parleremo della loro applicazione nelle nostre vite.
Cosa sono i carburi?
Si scopre che il carburo, la cui formula, diciamo, CaC2, differisce significativamente nella struttura dal SiC. E la differenza sta principalmente nella natura del legame tra atomi. Nel primo caso si tratta di carburo simile al sale. Questa classe di composti è chiamata così perché in re altà si comporta come un sale, cioè è in grado di dissociarsi in ioni. Tale legame ionico è molto debole, il che rende facile eseguire la reazione di idrolisi e molte altre trasformazioni, comprese le interazioni tra ioni.
Un altro tipo di carburo, forse più importante dal punto di vista industriale, è il carburo covalente, come SiC o WC. Sono caratterizzati da alta densità e resistenza. Anche refrattari e inerti per diluire i prodotti chimici.
Ci sono anche carburi simili al metallo. Possono piuttosto essere considerati come leghe di metalli con carbonio. Tra queste si possono distinguere, ad esempio, la cementite (carburo di ferro, la cui formula varia, ma in media è approssimativamente la seguente: Fe3C) o la ghisa. Hanno un'attività chimica di grado intermedio tra i carburi ionici e covalenti.
Ognuna di queste sottospecie della classe dei composti chimici di cui stiamo parlando ha una sua applicazione pratica. Come e dove candidarsiognuno, di cui parleremo nella prossima sezione.
Applicazione pratica dei carburi
Come abbiamo già discusso, i carburi covalenti hanno la più ampia gamma di applicazioni pratiche. Questi sono materiali abrasivi e taglienti e materiali compositi utilizzati in vari campi (ad esempio, come uno dei materiali che compongono l'armatura del corpo), ricambi per auto, dispositivi elettronici, elementi riscaldanti ed energia nucleare. E questo non è un elenco completo delle applicazioni per questi carburi superduri.
I carburi per la formazione di sale hanno l'applicazione più ristretta. La loro reazione con l'acqua viene utilizzata come metodo di laboratorio per la produzione di idrocarburi. Abbiamo già discusso di come ciò avvenga sopra.
Insieme ai carburi covalenti, simili ai metalli hanno la più ampia applicazione nell'industria. Come abbiamo già detto, un tale tipo di composti metallici di cui stiamo parlando sono acciai, ghise e altri composti metallici intervallati da carbonio. Di norma, il metallo che si trova in tali sostanze appartiene alla classe dei d-metalli. Ecco perché è propenso a formare legami non covalenti, ma, per così dire, ad essere introdotto nella struttura del metallo.
Secondo noi, i composti di cui sopra hanno applicazioni pratiche più che sufficienti. Ora diamo un'occhiata al processo per ottenerli.
Produzione di carburi
I primi due tipi di carburi che abbiamo esaminato, vale a dire covalente e simile al sale, sono spesso ottenuti in un modo semplice: dalla reazione dell'ossido dell'elemento e del coke ad alta temperatura. Allo stesso tempo, partil coke, costituito da carbonio, si combina con un atomo di un elemento nella composizione dell'ossido e forma un carburo. L' altra parte "prende" ossigeno e forma monossido di carbonio. Questo metodo richiede molto energia, poiché richiede il mantenimento di una temperatura elevata (circa 1600-2500 gradi) nella zona di reazione.
Le reazioni alternative vengono utilizzate per ottenere determinati tipi di composti. Ad esempio, la decomposizione di un composto, che alla fine dà un carburo. La formula di reazione dipende dal composto specifico, quindi non ne discuteremo.
Prima di concludere il nostro articolo, discutiamo di alcuni carburi interessanti e ne parliamo in modo più dettagliato.
Connessioni interessanti
Carburo di sodio. La formula per questo composto è C2Na2. Questo può essere considerato più come un acetileniuro (cioè il prodotto della sostituzione di atomi di idrogeno in acetilene con atomi di sodio), piuttosto che un carburo. La formula chimica non riflette pienamente queste sottigliezze, quindi devono essere cercate nella struttura. Questa è una sostanza molto attiva e ad ogni contatto con l'acqua interagisce molto attivamente con essa con la formazione di acetilene e alcali.
Carburo di magnesio. Formula: MgC2. Sono interessanti i metodi per ottenere questo composto sufficientemente attivo. Uno di questi prevede la sinterizzazione del fluoruro di magnesio con carburo di calcio ad alta temperatura. In questo modo si ottengono due prodotti: il fluoruro di calcio e il carburo di cui abbiamo bisogno. La formula per questa reazione è abbastanza semplice e puoi leggerla nella letteratura specializzata, se lo desideri.
Se non sei sicuro dell'utilità del materiale presentato nell'articolo, allora quanto seguesezione per te.
Come può essere utile nella vita?
Beh, prima di tutto, la conoscenza dei composti chimici non può mai essere superflua. È sempre meglio essere armati di conoscenza che rimanerne senza. In secondo luogo, più conosci l'esistenza di determinati composti, meglio comprendi il meccanismo della loro formazione e le leggi che consentono loro di esistere.
Prima di passare alla fine, vorrei dare alcuni consigli per lo studio di questo materiale.
Come si studia?
Molto semplice. È solo una branca della chimica. E dovrebbe essere studiato nei libri di testo di chimica. Inizia con le informazioni sulla scuola e passa a informazioni più approfondite dai libri di testo universitari e dai libri di riferimento.
Conclusione
Questo argomento non è così semplice e noioso come sembra a prima vista. La chimica può sempre essere interessante se ci trovi il tuo scopo.
