Дэлхий дээр маш олон төрлийн химийн нэгдлүүдийг мэддэг: ойролцоогоор хэдэн зуун сая. Мөн тэд бүгд хүмүүс шиг хувь хүн байдаг. Химийн болон физикийн шинж чанар нь өөр өөр найрлагатай хоёр бодисыг олох боломжгүй.
Дэлхий дээр байдаг хамгийн сонирхолтой органик бус бодисуудын нэг бол карбид юм. Энэ нийтлэлд бид тэдгээрийн бүтэц, физик, химийн шинж чанар, хэрэглээний талаар ярилцаж, тэдгээрийн үйлдвэрлэлийн нарийн ширийн зүйлийг шинжлэх болно. Гэхдээ эхлээд нээлтийн түүхийн талаар бага зэрэг хэлье.
Түүх
Бид доор өгөх томъёог нь өгөх металл карбидууд нь байгалийн нэгдлүүд биш юм. Энэ нь тэдний молекулууд устай харьцахдаа задрах хандлагатай байдагтай холбоотой юм. Тиймээс энд карбидыг нэгтгэх анхны оролдлогуудын талаар ярих нь зүйтэй юм.
1849 оноос хойш цахиурын карбидын нийлэгжилтийн тухай лавлагаа байдаг боловч эдгээр оролдлогуудын зарим нь хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй хэвээр байна. Том хэмжээний үйлдвэрлэлийг 1893 онд Америкийн химич Эдвард Ачесон эхлүүлж, дараа нь түүний нэрээр нэрлэсэн.
Кальцийн карбидын нийлэгжилтийн түүх бас их хэмжээний мэдээллээр ялгаатай байдаггүй. 1862 онд Германы химич Фридрих Вёлер хайлштай цайр, кальцийг нүүрсээр халааж гаргаж авсан.
Одоо илүү сонирхолтой хэсгүүд рүү орцгооё: химийн болонфизик шинж чанар. Эцсийн эцэст, энэ ангиллын бодисын хэрэглээний мөн чанар нь тэдгээрт оршдог.
Физик шинж чанар
Үнэхээр бүх карбидууд хатуулагаараа ялгагдана. Жишээлбэл, Mohs масштабын хамгийн хатуу бодисуудын нэг бол вольфрамын карбид (боломжтой 10 онооны 9 оноо) юм. Үүнээс гадна эдгээр бодисууд нь маш галд тэсвэртэй байдаг: заримынх нь хайлах температур хоёр мянган градус хүрдэг.
Ихэнх карбидууд нь химийн хувьд идэвхгүй бөгөөд бага хэмжээний бодисуудтай харилцан үйлчилдэг. Тэд ямар ч уусгагчд уусдаггүй. Гэсэн хэдий ч уусалтыг устай харилцан үйлчилж, холбоог устгаж, металлын гидроксид, нүүрсустөрөгч үүсдэг гэж үзэж болно.
Бид дараагийн хэсэгт сүүлчийн урвал болон карбидуудтай холбоотой бусад олон сонирхолтой химийн хувиргуудын талаар ярих болно.
Химийн шинж чанар
Бараг бүх карбидууд устай харилцан үйлчилдэг. Зарим нь амархан бөгөөд халаахгүйгээр (жишээлбэл, кальцийн карбид), зарим нь (жишээлбэл, цахиурын карбид) - усны уурыг 1800 градус хүртэл халаана. Энэ тохиолдолд реактив байдал нь нэгдэл дэх бондын шинж чанараас хамаардаг бөгөөд үүнийг бид дараа нь авч үзэх болно. Устай урвалд ороход янз бүрийн нүүрсустөрөгч үүсдэг. Энэ нь усанд агуулагдах устөрөгч нь карбидын нүүрстөрөгчтэй нийлдэгтэй холбоотой юм. Анхны бодист агуулагдах нүүрстөрөгчийн валент дээр үндэслэн аль нүүрсустөрөгч гарч ирэхийг (мөн ханасан ба ханаагүй нэгдлүүд гарч ирж болно) ойлгох боломжтой. Жишээлбэл, хэрэв uБидэнд кальцийн карбид байгаа бөгөөд түүний томъёо нь CaC2 бөгөөд энэ нь C22- ион агуулдаг болохыг бид харж байна.. Энэ нь + цэнэгтэй хоёр устөрөгчийн ионыг түүнд холбож болно гэсэн үг юм. Тиймээс бид C2H2 - ацетиленийг олж авна. Үүний нэгэн адил томъёо нь Al4C3 хөнгөн цагаан карбид зэрэг нэгдлээс бид CH авна. 4. Та яагаад C3H12 болохгүй гэж? Эцсийн эцэст ион нь 12-ын цэнэгтэй байдаг. Баримт нь устөрөгчийн атомын хамгийн их тоог 2n + 2 томъёогоор тодорхойлдог бөгөөд энд n нь нүүрстөрөгчийн атомын тоо юм. Энэ нь зөвхөн C3H8 (пропан) томьёотой нэгдэл байж болох ба 12- цэнэгтэй ион гурав болж задардаг гэсэн үг. протонтой нийлэхэд метан молекул үүсгэдэг 4- -ийн цэнэгтэй ионууд.
Карбидын исэлдэлтийн урвал нь сонирхолтой. Эдгээр нь исэлдүүлэгч бодисын хүчтэй хольц, хүчилтөрөгчийн орчинд ердийн шаталтын үед хоёуланд нь тохиолдож болно. Хэрэв хүчилтөрөгчөөр бүх зүйл тодорхой бол: хоёр исэл олж авдаг бол бусад исэлдүүлэгч бодисуудтай бол илүү сонирхолтой байдаг. Энэ бүхэн нь карбидын нэг хэсэг болох металлын шинж чанар, түүнчлэн исэлдүүлэгч бодисын шинж чанараас хамаарна. Жишээлбэл, SiC-ийн томьёо нь цахиурын карбид нь азот ба гидрофторын хүчлүүдийн холимогтой харилцан үйлчлэхэд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг ялгаруулж гексафторосилицилийн хүчил үүсгэдэг. Мөн ижил урвал явуулахад зөвхөн азотын хүчлээр бид цахиурын исэл ба нүүрстөрөгчийн давхар ислийг авдаг. Галоген ба халкогенийг исэлдүүлэгч бодис гэж нэрлэж болно. Аливаа карбид тэдгээртэй харилцан үйлчилдэг, урвалын томъёо нь зөвхөн түүний бүтцээс хамаарна.
Бидний авч үзсэн томьёог металл карбидууд нь энэ ангиллын нэгдлүүдийн цорын ганц төлөөлөгчөөс хол байна. Одоо бид энэ ангиллын үйлдвэрлэлийн чухал нэгдлүүд тус бүрийг нарийвчлан авч үзээд дараа нь бидний амьдралд хэрхэн хэрэглэгдэх талаар ярилцах болно.
Карбид гэж юу вэ?
CaC2, томьёо нь SiC-ээс бүтцээрээ эрс ялгаатай карбид болж байна. Мөн ялгаа нь юуны түрүүнд атомуудын хоорондын харилцааны шинж чанарт байдаг. Эхний тохиолдолд бид давстай төстэй карбидтай харьцаж байна. Энэ ангиллын нэгдлүүдийг ингэж нэрлэжээ, учир нь энэ нь яг л давс шиг ажилладаг, өөрөөр хэлбэл ионуудад задрах чадвартай байдаг. Ийм ионы холбоо нь маш сул тул гидролизийн урвал болон ионуудын харилцан үйлчлэл зэрэг бусад олон өөрчлөлтийг хийхэд хялбар болгодог.
Үйлдвэрлэлийн хувьд илүү чухал өөр нэг төрлийн карбидын төрөл бол SiC эсвэл WC зэрэг ковалент карбид юм. Тэдгээр нь өндөр нягтрал, хүч чадлаар тодорхойлогддог. Мөн химийн бодисыг шингэрүүлэхэд тэсвэртэй, идэвхгүй.
Металл төстэй карбидууд бас байдаг. Тэдгээрийг нүүрстөрөгчтэй металлын хайлш гэж үзэж болно. Эдгээрээс жишээ нь цементит (төмрийн карбид, томъёо нь харилцан адилгүй боловч дунджаар дараах байдалтай байна: Fe3C) эсвэл цутгамал төмрийг ялгаж болно. Тэдгээр нь ион ба ковалент карбидын хоорондох химийн идэвхжилтэй.
Бидний хэлэлцэж буй химийн нэгдлүүдийн ангиллын эдгээр дэд зүйл бүр өөрийн гэсэн практик хэрэглээтэй. Хэрхэн, хаана өргөдөл гаргах вэтус бүрийн талаар бид дараагийн хэсэгт ярих болно.
Карбидын практик хэрэглээ
Бид аль хэдийн ярилцсанчлан ковалент карбидууд нь хамгийн өргөн хүрээний практик хэрэглээтэй байдаг. Эдгээр нь зүлгүүр, зүсэх материал, янз бүрийн салбарт хэрэглэгддэг нийлмэл материал (жишээлбэл, хуяг дуулга бүрдүүлдэг материалын нэг), автомашины эд анги, электрон төхөөрөмж, халаалтын элементүүд, цөмийн энерги юм. Мөн энэ нь эдгээр хэт хатуу карбидын хэрэглээний бүрэн жагсаалт биш юм.
Давс үүсгэгч карбидууд нь хамгийн нарийн хэрэглээтэй. Тэдгээрийн устай урвалыг нүүрсустөрөгч үйлдвэрлэх лабораторийн арга болгон ашигладаг. Энэ нь хэрхэн болдог талаар бид аль хэдийн хэлэлцсэн.
Ковалентын зэрэгцээ металл төст карбидууд нь үйлдвэрлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Өмнө дурьдсанчлан, бидний хэлэлцэж буй ийм төрлийн металлын нэгдлүүд нь ган, цутгамал төмөр болон нүүрстөрөгчтэй огтлолцсон бусад металлын нэгдлүүд юм. Дүрмээр бол ийм бодисоос олдсон металл нь d-металын ангилалд багтдаг. Тийм ч учраас энэ нь ковалент холбоо үүсгэхгүй, харин металлын бүтцэд оруулах хандлагатай байдаг.
Бидний бодлоор дээрх нэгдлүүд нь практик хэрэглээнд хангалттай байдаг. Одоо тэдгээрийг олж авах үйл явцыг харцгаая.
Карбидын үйлдвэрлэл
Бидний судалж үзсэн эхний хоёр төрлийн карбидыг, тухайлбал ковалент ба давстай төстэй, ихэвчлэн нэг энгийн аргаар олж авдаг: өндөр температурт элементийн исэл ба коксыг урвалд оруулах замаар. Үүний зэрэгцээ хэсэгнүүрстөрөгчөөс бүрдэх кокс нь оксидын найрлага дахь элементийн атомтай нэгдэж, карбид үүсгэдэг. Нөгөө хэсэг нь хүчилтөрөгчийг "авч" нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг үүсгэдэг. Энэ арга нь урвалын бүсэд өндөр температурыг (ойролцоогоор 1600-2500 градус) байлгахыг шаарддаг тул маш их эрчим хүч зарцуулдаг.
Тодорхой төрлийн нэгдлүүдийг авахын тулд өөр урвалуудыг ашигладаг. Жишээлбэл, нэгдлийн задрал, эцэст нь карбид өгдөг. Урвалын томъёо нь тухайн нэгдлээс хамаардаг тул бид үүнийг хэлэлцэхгүй.
Өгүүллээ дуусгахын өмнө зарим сонирхолтой карбидын талаар ярилцаж, тэдгээрийн талаар илүү дэлгэрэнгүй ярилцъя.
Сонирхолтой холболтууд
Натрийн карбид. Энэ нэгдлийн томъёо нь C2Na2 байна. Үүнийг карбид гэхээсээ илүү ацетиленид (өөрөөр хэлбэл ацетилен дэх устөрөгчийн атомыг натрийн атомаар солих бүтээгдэхүүн) гэж үзэж болно. Химийн томъёо нь эдгээр нарийн мэдрэмжийг бүрэн тусгадаггүй тул тэдгээрийг бүтцээс хайх хэрэгтэй. Энэ нь маш идэвхтэй бодис бөгөөд устай харьцахдаа ацетилен болон шүлт үүсгэдэг.
Магнийн карбид. Томъёо: MgC2. Энэ хангалттай идэвхтэй нэгдлийг олж авах аргууд нь сонирхол татдаг. Тэдгээрийн нэг нь магнийн фторыг кальцийн карбидтай өндөр температурт задлах явдал юм. Үүний үр дүнд кальцийн фтор ба бидэнд хэрэгтэй карбид гэсэн хоёр бүтээгдэхүүн гарч ирдэг. Энэ урвалын томъёо нь маш энгийн бөгөөд хэрэв хүсвэл тусгай ном зохиолоос уншиж болно.
Хэрэв та өгүүлэлд дурдсан материалын ашиг тустай эсэхэд эргэлзэж байвал дараах зүйлсийг хийх хэрэгтэй.танд зориулсан хэсэг.
Энэ нь амьдралд хэрхэн хэрэг болох вэ?
Юуны өмнө химийн нэгдлүүдийн талаарх мэдлэг хэзээ ч илүүдэхгүй. Мэдлэггүй үлдэхээс үргэлж мэдлэгээр зэвсэглэсэн нь дээр. Хоёрдугаарт, та тодорхой нэгдлүүдийн оршин тогтнох талаар илүү ихийг мэдэх тусам тэдгээрийн үүсэх механизм, тэдгээрийн оршин тогтнох хууль тогтоомжийг илүү сайн ойлгох болно.
Төгсгөлд нь шилжихийн өмнө би энэ материалыг судлах хэд хэдэн зөвлөмж өгөхийг хүсч байна.
Үүнийг яаж судлах вэ?
Маш энгийн. Энэ бол зүгээр л химийн нэг салбар юм. Тэгээд үүнийг химийн сурах бичигт судлах хэрэгтэй. Сургуулийн мэдээллээс эхлээд их сургуулийн сурах бичиг, лавлах номноос илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл рүү шилжинэ үү.
Дүгнэлт
Энэ сэдэв нь анх харахад тийм энгийн бөгөөд уйтгартай биш юм. Химийн хичээл зорилгоо олбол үргэлж сонирхолтой байх болно.
