Michanganyiko mingi tofauti ya kemikali inajulikana ulimwenguni: takriban mamia ya mamilioni. Na wote, kama watu, ni watu binafsi. Haiwezekani kupata dutu mbili ambazo zingekuwa na sifa sawa za kemikali na za kimaumbile zenye muundo tofauti.
Mojawapo ya dutu isokaboni inayovutia zaidi ambayo inapatikana ulimwenguni ni carbides. Katika makala hii, tutajadili muundo wao, mali ya kimwili na kemikali, maombi na kuchambua ugumu wa uzalishaji wao. Lakini kwanza, kidogo kuhusu historia ya ugunduzi huo.
Historia
Kabidi za metali, fomula zake ambazo tutatoa hapa chini, si misombo asilia. Hii ni kutokana na ukweli kwamba molekuli zao huwa na kuharibika wakati wa kuingiliana na maji. Kwa hivyo, inafaa kuzungumza juu ya majaribio ya kwanza ya kuunda kaboni hapa.
Kuanzia 1849 kuna marejeleo ya usanisi wa silicon carbide, lakini baadhi ya majaribio haya bado hayajatambuliwa. Uzalishaji mkubwa ulianza mwaka wa 1893 na mwanakemia wa Marekani Edward Acheson katika mchakato ambao baadaye uliitwa jina lake.
Historia ya usanisi wa CARBIDE ya kalsiamu pia haina tofauti katika kiasi kikubwa cha habari. Mnamo 1862, mwanakemia Mjerumani Friedrich Wöhler aliipata kwa kupasha joto zinki alloyed na kalsiamu kwa makaa ya mawe.
Sasa hebu tuendelee kwenye sehemu zinazovutia zaidi: kemikali namali za kimwili. Baada ya yote, ni ndani yao kwamba kiini kizima cha matumizi ya tabaka hili la dutu kimo.
Tabia za kimwili
Kabisa kabidi zote zinatofautishwa na ugumu wake. Kwa mfano, mojawapo ya vitu vigumu zaidi kwenye kiwango cha Mohs ni tungsten carbudi (pointi 9 kati ya 10 zinazowezekana). Kwa kuongeza, dutu hizi ni za kinzani sana: kiwango cha kuyeyuka cha baadhi yao hufikia digrii elfu mbili.
Kabidi nyingi hazizimiki kemikali na huingiliana na kiasi kidogo cha dutu. Haziwezi katika vimumunyisho vyovyote. Hata hivyo, utengano unaweza kuchukuliwa kuwa mwingiliano na maji na uharibifu wa vifungo na uundaji wa hidroksidi ya chuma na hidrokaboni.
Tutazungumza kuhusu athari ya mwisho na mabadiliko mengine mengi ya kuvutia ya kemikali yanayohusisha carbide katika sehemu inayofuata.
Sifa za kemikali
Takriban kabiti zote huingiliana na maji. Baadhi - kwa urahisi na bila inapokanzwa (kwa mfano, carbudi ya kalsiamu), na wengine (kwa mfano, carbudi ya silicon) - kwa kupokanzwa mvuke wa maji hadi digrii 1800. Reactivity katika kesi hii inategemea asili ya dhamana katika kiwanja, ambayo tutajadili baadaye. Katika mmenyuko na maji, hidrokaboni mbalimbali huundwa. Hii hutokea kwa sababu hidrojeni iliyo ndani ya maji huchanganyika na kaboni iliyo kwenye carbudi. Inawezekana kuelewa ni hidrokaboni gani itageuka (na misombo yote iliyojaa na isiyojaa inaweza kugeuka) kulingana na valency ya kaboni iliyo katika dutu ya awali. Kwa mfano, ikiwa utuna calcium carbide, fomula yake ni CaC2, tunaona kuwa ina ioni C22-. Hii ina maana kwamba ioni mbili za hidrojeni na chaji + zinaweza kushikamana nayo. Kwa hivyo, tunapata kiwanja C2H2 - asetilini. Vivyo hivyo, kutoka kwa kiwanja kama vile aluminium carbudi, fomula yake ni Al4C3, tunapata CH 4. Kwa nini usiulize C3H12, unauliza? Baada ya yote, ion ina malipo ya 12-. Ukweli ni kwamba idadi ya juu ya atomi za hidrojeni imedhamiriwa na formula 2n + 2, ambapo n ni idadi ya atomi za kaboni. Hii ina maana kwamba ni kiwanja kilicho na fomula C3H8 (propane) kinaweza kuwepo, na ioni hiyo yenye chaji ya 12- huharibika na kuwa tatu. ayoni zenye chaji 4-, ambazo hutoa molekuli za methane zinapounganishwa na protoni.
Miitikio ya oxidation ya carbides inavutia. Wanaweza kutokea wote wakati wanakabiliwa na mchanganyiko mkali wa mawakala wa oksidi, na wakati wa mwako wa kawaida katika anga ya oksijeni. Ikiwa kila kitu ni wazi na oksijeni: oksidi mbili zinapatikana, basi pamoja na mawakala wengine wa oksidi ni ya kuvutia zaidi. Yote inategemea asili ya chuma ambayo ni sehemu ya carbudi, na pia juu ya asili ya wakala wa oxidizing. Kwa mfano, carbudi ya silicon, formula ambayo ni SiC, wakati wa kuingiliana na mchanganyiko wa asidi ya nitriki na hidrofloriki, huunda asidi ya hexafluorosilicic na kutolewa kwa dioksidi kaboni. Na wakati wa kufanya majibu sawa, lakini kwa asidi ya nitriki tu, tunapata oksidi ya silicon na dioksidi kaboni. Halojeni na chalcogens pia zinaweza kujulikana kama mawakala wa vioksidishaji. Carbudi yoyote huingiliana nazo, fomula ya majibu inategemea tu muundo wake.
Kabidi za metali, fomula ambazo tumezingatia, ziko mbali na wawakilishi pekee wa darasa hili la misombo. Sasa tutaangalia kwa karibu kila moja ya michanganyiko muhimu ya kiviwanda ya darasa hili na kisha kuzungumzia matumizi yake katika maisha yetu.
Carbides ni nini?
Inabadilika kuwa carbudi, ambayo fomula yake, tuseme, CaC2, inatofautiana pakubwa katika muundo na SiC. Na tofauti ni kimsingi katika asili ya dhamana kati ya atomi. Katika kesi ya kwanza, tunashughulika na carbudi kama chumvi. Aina hii ya misombo inaitwa hivyo kwa sababu ina tabia kama chumvi, ambayo ni, inaweza kujitenga na ioni. Kiunganishi kama hicho cha ioni ni dhaifu sana, ambacho hurahisisha kutekeleza majibu ya hidrolisisi na mageuzi mengine mengi, ikiwa ni pamoja na mwingiliano kati ya ayoni.
Aina nyingine, labda muhimu zaidi kiviwanda, ya CARBIDE ni covalent carbudi, kama vile SiC au WC. Wao ni sifa ya wiani mkubwa na nguvu. Pia ni kinzani na ajizi katika kuyeyusha kemikali.
Pia kuna carbides zinazofanana na chuma. Wanaweza kuzingatiwa kama aloi za metali na kaboni. Kati ya hizi, mtu anaweza kutofautisha, kwa mfano, saruji (carbide ya chuma, formula ambayo inatofautiana, lakini kwa wastani ni takriban zifuatazo: Fe 3C) au chuma cha kutupwa. Zina shughuli ya kemikali ya kati kwa kiwango kati ya ionic na carbide covalent.
Kila spishi ndogo hizi za darasa la misombo ya kemikali tunayojadili ina matumizi yake ya vitendo. Jinsi na wapi kuombakila moja, tutazungumzia katika sehemu inayofuata.
Utumiaji kivitendo wa carbides
Kama tulivyokwishajadili, carbide covalent ina anuwai kubwa ya matumizi ya vitendo. Hizi ni nyenzo za abrasive na za kukata, na vifaa vya mchanganyiko vinavyotumiwa katika nyanja mbalimbali (kwa mfano, kama moja ya nyenzo zinazounda silaha za mwili), na sehemu za magari, vifaa vya elektroniki, vipengele vya kupokanzwa, na nishati ya nyuklia. Na hii sio orodha kamili ya maombi ya kabidi hizi ngumu zaidi.
Kabiti zinazotengeneza chumvi ndizo zina umiminiko finyu zaidi. Mwitikio wao na maji hutumiwa kama njia ya maabara ya kutengeneza hidrokaboni. Tayari tumejadili jinsi hii inavyofanyika hapo juu.
Pamoja na covalent, carbides-kama chuma hutumiwa kwa upana zaidi katika sekta. Kama tulivyokwisha sema, aina kama ya chuma ya misombo tunayojadili ni chuma, chuma cha kutupwa na misombo mingine ya chuma iliyoingizwa na kaboni. Kama sheria, chuma kilichopatikana katika vitu kama hivyo ni vya darasa la d-metali. Ndio maana ina mwelekeo wa kuunda sio vifungo vya ushirika, lakini, kama ilivyokuwa, kuletwa kwenye muundo wa chuma.
Kwa maoni yetu, michanganyiko iliyo hapo juu ina zaidi ya matumizi ya vitendo ya kutosha. Sasa hebu tuangalie mchakato wa kuzipata.
Utengenezaji wa carbides
Aina mbili za kwanza za carbide ambazo tulichunguza, yaani covalent na kama chumvi, mara nyingi hupatikana kwa njia moja rahisi: kwa mmenyuko wa oksidi ya kipengele na coke kwenye joto la juu. Wakati huo huo, sehemucoke, yenye kaboni, inachanganya na atomi ya kipengele katika utungaji wa oksidi, na huunda carbudi. Sehemu nyingine "inachukua" oksijeni na kuunda monoksidi kaboni. Njia hii hutumia nishati nyingi, kwani inahitaji kudumisha halijoto ya juu (kama nyuzi 1600-2500) katika eneo la athari.
Matendo mbadala hutumiwa kupata aina fulani za misombo. Kwa mfano, mtengano wa kiwanja, ambayo hatimaye inatoa carbudi. Fomula ya majibu inategemea mchanganyiko mahususi, kwa hivyo hatutaijadili.
Kabla hatujahitimisha makala yetu, hebu tujadili baadhi ya kabiti za kuvutia na tuzungumze kuzihusu kwa undani zaidi.
Miunganisho ya kuvutia
Sodium cardide. Fomula ya kiwanja hiki ni C2Na2. Hii inaweza kuzingatiwa zaidi kama asetilini (yaani, bidhaa ya uingizwaji wa atomi za hidrojeni katika asetilini na atomi za sodiamu), badala ya carbudi. Mchanganyiko wa kemikali hauonyeshi kabisa hila hizi, kwa hivyo lazima zitafutwa katika muundo. Hii ni dutu inayofanya kazi sana na inapogusana na maji inaingiliana nayo kikamilifu na uundaji wa asetilini na alkali.
Magnesium carbudi. Mfumo: MgC2. Mbinu za kupata kiwanja hiki kinachofanya kazi vya kutosha ni za kupendeza. Mojawapo ni pamoja na kuchomwa kwa floridi ya magnesiamu na carbudi ya kalsiamu kwenye joto la juu. Kutokana na hili, bidhaa mbili zinapatikana: fluoride ya kalsiamu na carbudi tunayohitaji. Fomula ya majibu haya ni rahisi sana, na unaweza kuisoma katika fasihi maalumu ukipenda.
Ikiwa huna uhakika kuhusu manufaa ya nyenzo iliyotolewa katika makala, basi yafuatayosehemu yako.
Hii inawezaje kuwa muhimu maishani?
Vema, kwanza kabisa, ujuzi wa misombo ya kemikali hauwezi kamwe kuwa wa ziada. Daima ni bora kuwa na ujuzi kuliko kuachwa bila hiyo. Pili, kadri unavyojua zaidi kuhusu kuwepo kwa misombo fulani, ndivyo unavyoelewa vyema utaratibu wa uundaji wake na sheria zinazoruhusu kuwepo.
Kabla ya kuendelea hadi mwisho, ningependa kutoa mapendekezo machache ya utafiti wa nyenzo hii.
Jinsi ya kuisoma?
Rahisi sana. Ni tawi la kemia tu. Na inapaswa kusomwa katika vitabu vya kiada vya kemia. Anza na taarifa za shule na uendelee na maelezo ya kina zaidi kutoka kwa vitabu vya kiada vya chuo kikuu na vitabu vya marejeleo.
Hitimisho
Mada hii si rahisi na ya kuchosha kama inavyoonekana mwanzoni. Kemia inaweza kufurahisha kila wakati ikiwa utapata kusudi lako ndani yake.
