يعرف الكثير من المركبات الكيميائية المختلفة في العالم: حوالي مئات الملايين. وجميعهم ، مثل الناس ، أفراد. من المستحيل العثور على مادتين لهما نفس الخصائص الكيميائية والفيزيائية بتركيب مختلف.
واحدة من أكثر المواد غير العضوية إثارة للاهتمام الموجودة في العالم هي الكربيدات. في هذه المقالة ، سنناقش هيكلها وخواصها الفيزيائية والكيميائية وتطبيقاتها ونحلل تعقيدات إنتاجها. لكن أولاً ، قليلاً عن تاريخ الاكتشاف.
التاريخ
الكربيدات المعدنية ، الصيغ التي سنقدمها أدناه ، ليست مركبات طبيعية. هذا يرجع إلى حقيقة أن جزيئاتها تميل إلى التحلل عند التفاعل مع الماء. لذلك ، يجدر الحديث عن المحاولات الأولى لتجميع الكربيدات هنا.
منذ عام 1849 هناك إشارات إلى تخليق كربيد السيليكون ، لكن بعض هذه المحاولات لا تزال غير معترف بها. بدأ الإنتاج على نطاق واسع في عام 1893 من قبل الكيميائي الأمريكي إدوارد أتشيسون في عملية سُميت لاحقًا باسمه.
لا يختلف أيضًا تاريخ تخليق كربيد الكالسيوم في كمية كبيرة من المعلومات. في عام 1862 ، حصل عليها الكيميائي الألماني فريدريش فولر عن طريق تسخين سبائك الزنك والكالسيوم بالفحم.
الآن دعنا ننتقل إلى أقسام أكثر إثارة للاهتمام: المواد الكيميائية والخصائص الفيزيائية. بعد كل شيء ، في نفوسهم يكمن جوهر استخدام هذه الفئة من المواد.
الخصائص الفيزيائية
على الاطلاق تتميز جميع الكربيدات بصلابتها. على سبيل المثال ، واحدة من أصعب المواد على مقياس موس هي كربيد التنجستن (9 من 10 نقاط محتملة). بالإضافة إلى أن هذه المواد شديدة المقاومة للحرارة: تصل درجة انصهار بعضها إلى ألفي درجة.
معظم الكربيدات خاملة كيميائيا وتتفاعل مع كمية صغيرة من المواد. وهي غير قابلة للذوبان في أي مذيبات. ومع ذلك ، يمكن اعتبار الذوبان تفاعلًا مع الماء مع تدمير الروابط وتشكيل هيدروكسيد المعدن والهيدروكربون.
سنتحدث عن التفاعل الأخير والعديد من التحولات الكيميائية الأخرى المثيرة للاهتمام التي تنطوي على الكربيدات في القسم التالي.
الخصائص الكيميائية
تتفاعل جميع الكربيدات تقريبًا مع الماء. البعض - بسهولة وبدون تسخين (على سبيل المثال ، كربيد الكالسيوم) ، والبعض الآخر (على سبيل المثال ، كربيد السيليكون) - عن طريق تسخين بخار الماء إلى 1800 درجة. تعتمد التفاعلية في هذه الحالة على طبيعة الرابطة في المركب ، والتي سنناقشها لاحقًا. في التفاعل مع الماء ، تتشكل هيدروكربونات مختلفة. يحدث هذا لأن الهيدروجين الموجود في الماء يتحد مع الكربون الموجود في الكربيد. من الممكن أن نفهم أي الهيدروكربون سينتج (ويمكن أن تتحول كل من المركبات المشبعة وغير المشبعة) بناءً على تكافؤ الكربون الموجود في المادة الأصلية. على سبيل المثال ، إذا كنتلدينا كربيد الكالسيوم ، صيغته هي CaC2، نرى أنه يحتوي على أيون C22-. هذا يعني أنه يمكن ربط اثنين من أيونات الهيدروجين بشحنة +. وهكذا نحصل على المركب C2H2- الأسيتيلين. بالطريقة نفسها ، من مركب مثل كربيد الألومنيوم ، صيغته هي Al4C3، نحصل على CH4. لماذا لا تسأل C3H12 ؟ بعد كل شيء ، الأيون لديه شحنة من 12-. الحقيقة هي أن الحد الأقصى لعدد ذرات الهيدروجين يتم تحديده بواسطة الصيغة 2n + 2 ، حيث n هو عدد ذرات الكربون. هذا يعني أنه لا يمكن أن يوجد سوى مركب مع الصيغة C3H8(البروبان) ، وهذا الأيون بتهمة 12- يتحلل إلى ثلاثة أيونات ذات شحنة 4 ، والتي تعطي جزيئات الميثان عند دمجها مع البروتونات.
تفاعلات الأكسدة للكربيدات مثيرة للاهتمام. يمكن أن تحدث عند التعرض لمزيج قوي من العوامل المؤكسدة ، وأثناء الاحتراق العادي في جو الأكسجين. إذا كان كل شيء واضحًا بالأكسجين: يتم الحصول على أكسين ، ثم مع عوامل مؤكسدة أخرى ، يكون الأمر أكثر إثارة للاهتمام. كل هذا يتوقف على طبيعة المعدن الذي هو جزء من الكربيد ، وكذلك على طبيعة العامل المؤكسد. على سبيل المثال ، كربيد السيليكون ، الذي تكون صيغته SiC ، عند التفاعل مع خليط من أحماض النيتريك والهيدروفلوريك ، يشكل حمض سداسي فلوروسيليك مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون. وعند إجراء نفس التفاعل ، ولكن باستخدام حمض النيتريك فقط ، نحصل على أكسيد السيليكون وثاني أكسيد الكربون. يمكن أيضًا الإشارة إلى الهالوجينات والكالكوجينات بالعوامل المؤكسدة. أي كربيد يتفاعل معها ، فإن صيغة التفاعل تعتمد فقط على بنيتها.
الكربيدات المعدنية ، الصيغ التي نظرنا فيها ، بعيدة كل البعد عن الممثلين الوحيدين لهذه الفئة من المركبات. الآن سوف نلقي نظرة فاحصة على كل من المركبات المهمة صناعياً لهذه الفئة ثم نتحدث عن تطبيقها في حياتنا.
ما هي الكربيدات؟
اتضح أن الكربيد ، الذي تختلف صيغته ، على سبيل المثال ، CaC2 ،بشكل كبير في الهيكل عن SiC. والفرق يكمن بالدرجة الأولى في طبيعة الرابطة بين الذرات. في الحالة الأولى ، نتعامل مع كربيد يشبه الملح. سميت هذه الفئة من المركبات بهذا الاسم لأنها تتصرف في الواقع مثل الملح ، أي أنها قادرة على التفكك إلى أيونات. هذه الرابطة الأيونية ضعيفة للغاية ، مما يجعل من السهل تنفيذ تفاعل التحلل المائي والعديد من التحولات الأخرى ، بما في ذلك التفاعلات بين الأيونات.
نوع آخر من الكربيد ، ربما يكون أكثر أهمية من الناحية الصناعية ، هو الكربيد التساهمي ، مثل SiC أو WC. تتميز بكثافة عالية وقوة. كما أنه مقاوم للصهر وخامل لتخفيف المواد الكيميائية.
هناك أيضًا كربيدات تشبه المعدن. يمكن اعتبارها بالأحرى سبائك معادن بالكربون. من بينها ، على سبيل المثال ، يمكن للمرء أن يميز ، على سبيل المثال ، الأسمنت (كربيد الحديد ، تختلف صيغته ، ولكن في المتوسط يكون تقريبًا ما يلي: Fe3C) أو الحديد الزهر. لديهم نشاط كيميائي متوسط في الدرجة بين الكربيدات الأيونية والتساهمية.
كل نوع فرعي من فئة المركبات الكيميائية التي نناقشها له تطبيق عملي خاص به. كيف وأين تطبقكل واحد ، سنتحدث عنه في القسم التالي.
تطبيق عملي للكربيدات
كما ناقشنا بالفعل ، تحتوي الكربيدات التساهمية على أكبر مجموعة من التطبيقات العملية. وهي مواد كاشطة وقطع ، ومواد مركبة تستخدم في مجالات مختلفة (على سبيل المثال ، كأحد المواد التي تشكل الدروع الواقية للبدن) ، وأجزاء السيارات ، والأجهزة الإلكترونية ، وعناصر التسخين ، والطاقة النووية. وهذه ليست قائمة كاملة بالتطبيقات لهذه الكربيدات فائقة الصلابة.
الكربيدات المكونة للملح لها أضيق تطبيق. يتم استخدام تفاعلهم مع الماء كطريقة معملية لإنتاج الهيدروكربونات. لقد ناقشنا بالفعل كيف يحدث هذا أعلاه.
إلى جانب الكربيدات التساهمية الشبيهة بالمعادن لها أوسع تطبيق في الصناعة. كما قلنا بالفعل ، مثل هذا النوع الشبيه بالمعدن من المركبات التي نناقشها هي الفولاذ والمكواة المصبوبة والمركبات المعدنية الأخرى التي يتخللها الكربون. كقاعدة عامة ، ينتمي المعدن الموجود في هذه المواد إلى فئة المعادن د. هذا هو السبب في أنها لا تميل إلى تكوين روابط تساهمية ، ولكن ، كما كانت ، يتم إدخالها في هيكل المعدن.
في رأينا ، تحتوي المركبات المذكورة أعلاه على أكثر من تطبيقات عملية كافية. الآن دعونا نلقي نظرة على عملية الحصول عليها
انتاج الكربيدات
النوعان الأولان من الكربيدات اللذان فحصناهما ، وهما التساهمية والشبيهة بالملح ، يتم الحصول عليها غالبًا بطريقة واحدة بسيطة: عن طريق تفاعل أكسيد العنصر وفحم الكوك عند درجة حرارة عالية. في نفس الوقت ، جزءيتحد فحم الكوك ، الذي يتكون من الكربون ، مع ذرة عنصر في تكوين الأكسيد ، ويشكل كربيدًا. الجزء الآخر "يأخذ" الأكسجين ويشكل أول أكسيد الكربون. هذه الطريقة تستهلك الكثير من الطاقة ، لأنها تتطلب الحفاظ على درجة حرارة عالية (حوالي 1600-2500 درجة) في منطقة التفاعل.
تستخدم التفاعلات البديلة للحصول على أنواع معينة من المركبات. على سبيل المثال ، تحلل المركب ، والذي ينتج عنه في النهاية كربيد. تعتمد صيغة التفاعل على المركب المحدد ، لذلك لن نناقشه.
قبل أن نختتم مقالتنا ، دعونا نناقش بعض الكربيدات الشيقة ونتحدث عنها بمزيد من التفصيل.
اتصالات مثيرة للاهتمام
كربيد الصوديوم. صيغة هذا المركب هي C2Na2. يمكن اعتبار هذا أكثر على أنه أسيتيلنيد (أي ناتج استبدال ذرات الهيدروجين في الأسيتيلين بواسطة ذرات الصوديوم) ، بدلاً من كربيد. لا تعكس الصيغة الكيميائية هذه التفاصيل الدقيقة تمامًا ، لذلك يجب البحث عنها في الهيكل. هذه مادة نشطة للغاية وفي أي اتصال مع الماء تتفاعل معها بنشاط كبير مع تكوين الأسيتيلين والقلويات.
كربيد المغنيسيوم. الصيغة: MgC2. تعتبر طرق الحصول على هذا المركب النشط بدرجة كافية ذات أهمية. تتضمن إحداها تلبيد فلوريد المغنيسيوم بكربيد الكالسيوم عند درجة حرارة عالية. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على منتجين: فلوريد الكالسيوم والكربيد الذي نحتاجه. صيغة هذا التفاعل بسيطة للغاية ، ويمكنك قراءتها في الأدبيات المتخصصة إذا كنت ترغب في ذلك.
إذا لم تكن متأكدًا من فائدة المادة المعروضة في المقالة ، فعندئذٍ ما يليقسم لك
كيف يمكن أن يكون هذا مفيدًا في الحياة؟
حسنًا ، أولاً وقبل كل شيء ، لا يمكن أن تكون المعرفة بالمركبات الكيميائية غير ضرورية أبدًا. من الأفضل دائمًا أن تكون مسلحًا بالمعرفة على أن تترك بدونها. ثانيًا ، كلما عرفت أكثر عن وجود مركبات معينة ، كلما فهمت بشكل أفضل آلية تكوينها والقوانين التي تسمح لها بالوجود.
قبل الانتقال إلى النهاية ، أود أن أقدم بعض التوصيات لدراسة هذه المادة.
كيف تدرسها؟
بسيط جدا. إنه مجرد فرع من فروع الكيمياء. ويجب أن تدرس في كتب الكيمياء. ابدأ بمعلومات المدرسة وانتقل إلى مزيد من المعلومات المتعمقة من الكتب الجامعية والكتب المرجعية.
الخلاصة
هذا الموضوع ليس بسيطًا ومملًا كما يبدو للوهلة الأولى. يمكن أن تكون الكيمياء مثيرة للاهتمام دائمًا إذا وجدت هدفك فيها.
