Karbid - Carbide

Nástroj pro vývoj softwaru zaměřený na operační systém Symbian naleznete v části Carbide.c ++. Kovové sloučeniny běžně používané v obráběcích strojích viz Karbid wolframu. Pro město v Západní Virginii viz Carbide, Wetzel County, West Virginia.
Příhradová struktura karbid titanu.

v chemie, a karbid obvykle popisuje sloučeninu složenou z uhlík a kov. v hutnictví, carbiding nebo nauhličování je proces výroby karbidových povlaků na kovovém kusu.[1]

Intersticiální / kovové karbidy

Karbid wolframu stopkové frézy.

Karbidy přechodných kovů skupiny 4, 5 a 6 (s výjimkou chromu) jsou často popisovány jako intersticiální sloučeniny.[2] Tyto karbidy mají kovové vlastnosti a jsou žáruvzdorný. Některé vykazují řadu stechiometrie, což je nestechiometrická směs různých karbidů vznikajících v důsledku vad krystalů. Někteří z nich např. karbid titanu, TiC a karbid wolframu jsou průmyslově důležité a používají se k povlékání kovů v řezných nástrojích.[3]

Dlouhodobý názor je, že atomy uhlíku zapadají do oktaedrických mezer v těsně zabalené kovové mřížce, když je poloměr atomu kovu větší než přibližně 135 pm:[2]

  • Když jsou atomy kovů kubický uzavřený, (ccp), pak naplněním všech oktaedrických mezer uhlíkem dosáhnete stechiometrie 1: 1 se strukturou kamenné soli.
  • Když jsou atomy kovů šestihranný uzavřený, (hcp), protože oktaedrické mezery leží přímo naproti sobě na obou stranách vrstvy atomů kovů, naplněním pouze jedné z nich uhlíkem dosáhnete stechiometrie 2: 1 s CdI2 struktura.

Následující tabulka[2][3] ukazuje skutečné struktury kovů a jejich karbidů. (Pozn. Kubická struktura se středem těla přijatá vanadem, niobem, tantalem, chromem, molybdenem a wolframem není uzavřená mřížka.) Označení „h / 2“ označuje M2Struktura typu C popsaná výše, která je pouze přibližným popisem skutečných struktur. Jednoduchý názor, že mřížka čistého kovu „pohlcuje“ atomy uhlíku, lze považovat za nepravdivý, protože obal mřížky atomu kovu v karbidech se liší od obalu v čistém kovu, i když je technicky správné, že uhlík atomy zapadají do oktaedrických mezer uzavřené kovové mřížky.

KovStruktura čistého kovuKovový
poloměr (pm)		MC
balení atomu kovu		MC strukturaM2C
balení atomu kovu		M2Struktura C.Jiné karbidy
titanhcp147CCPkamenná sůl
zirkoniumhcp160CCPkamenná sůl
hafniumhcp159CCPkamenná sůl
vanadiumbcc134CCPkamenná sůlhcph / 2PROTI4C3
niobbcc146CCPkamenná sůlhcph / 2Pozn4C3
tantalbcc146CCPkamenná sůlhcph / 2Ta4C3
chrombcc128Cr23C6, Cr3C,
Cr7C3, Cr3C2
molybdenbcc139šestihrannýhcph / 2Mo3C2
wolframbcc139šestihrannýhcph / 2

Po dlouhou dobu nestechiometrický fáze byly považovány za neuspořádané s náhodným vyplněním mezer, ale bylo zjištěno uspořádání krátkého a delšího dosahu.[4]

Železo tvoří řadu karbidů, Fe3C, Fe7C3 a Fe2C. Nejznámější je cementit, Fe3C, který je přítomen v ocelích. Tyto karbidy jsou reaktivnější než intersticiální karbidy; například karbidy Cr, Mn, Fe, Co a Ni jsou všechny hydrolyzovány zředěnými kyselinami a někdy vodou, za vzniku směsi vodíku a uhlovodíků. Tyto sloučeniny sdílejí vlastnosti jak s inertními vsunutými látkami, tak s reaktivnějšími karbidy podobnými soli.[2]

Některé kovy, jako např Vést a cín Předpokládá se, že za žádných okolností netvoří karbidy.[5] Existuje však smíšený karbid titanu a cínu, což je dvourozměrný vodič.[6]

Chemická klasifikace karbidů

Karbidy lze obecně klasifikovat podle typu chemických vazeb následovně: (i) solné (iontové), (ii) kovalentní sloučeniny (iii) intersticiální sloučeniny a (iv) „střední“ přechodový kov karbidy. Mezi příklady patří karbid vápníku (CaC2), karbid křemíku (SiC), karbid wolframu (WC; často nazývané jednoduše karbid pokud se jedná o obráběcí stroje) a cementit (Fe3C),[2] každý se používá v klíčových průmyslových aplikacích. Pojmenování iontových karbidů není systematické.

Solné / solné / iontové karbidy

Karbidy podobné soli se skládají z vysoce elektropozitivních prvků, jako je např alkalické kovy, kovy alkalických zemin a kovy skupiny 3, včetně skandium, ytrium, a lanthan. Hliník ze skupiny 13 formulářů karbidy, ale galium, indium, a thalium ne. Tyto materiály mají izolovaná uhlíková centra, často popisovaná jako „C4−"v methanidech nebo methidech; dvouatomové jednotky,"C2−
2", v acetylidy; a tři atomové jednotky, “C4−
3", v allylidech.[2] The grafitová interkalační sloučenina KC8, připravené z páry draslíku a grafitu a derivátů alkalických kovů z C60 nejsou obvykle klasifikovány jako karbidy.[7]

Methanidy

Methanidy jsou podmnožinou karbidů, které se vyznačují tendencí k rozkladu při výrobě vody metan. Jsou tři příklady karbid hliníku Al
4C
3, karbid hořečnatý Mg
2C[8] a karbid berylia Být
2C.

Karbidy přechodných kovů nejsou solnými karbidy, ale jejich reakce s vodou je velmi pomalá a je obvykle zanedbávána. Například v závislosti na povrchové pórovitosti 5–30 atomových vrstev karbid titanu jsou hydrolyzovány, tvoří se metan do 5 minut za podmínek okolí, následovaných nasycením reakce.[9]

Všimněte si, že methanid v tomto kontextu je triviální historický název. Podle systematických konvencí pojmenování IUPAC sloučenina jako NaCH3 by se nazýval „methanid“, i když se tato sloučenina často nazývá methylsodná.[10]

Acetylidy / etynidy

Karbid vápníku.

Předpokládá se, že několik karbidů je solí acetylidový anion C22– (nazývaný také perkarbid), který má a trojná vazba mezi dvěma atomy uhlíku. Alkalické kovy, kovy alkalických zemin a lanthanoidové kovy tvoří acetylidy, např. karbid sodný Na2C2, karbid vápníku CaC2, a LaC2.[2] Lanthanidy také tvoří karbidy (seskvikarbidy, viz níže) se vzorcem M.2C3. Kovy ze skupiny 11 také inklinují k tvorbě acetylidů, jako jsou měď (I) acetylid a acetylid stříbrný. Karbidy aktinidové prvky, které mají stechiometrii MC2 a M.2C3, jsou také popsány jako deriváty podobné soli C2−
2.

Délka trojné vazby C-C se pohybuje od 119,2 pm v CaC2 (podobně jako ethyn), do 130,3 pm v LaC2 a 134 hodin v VIDÍŠ2. Spojení LaC2 byl popsán ve smyslu LaIII se zvláštním elektronem přemístěným do protiběžného orbitálu C2−
2, vysvětlující kovové vedení.[2]

Allylidy

The polyatomový ion C4−
3, někdy nazývané allylid, se nachází v Li4C3 a Mg2C3. Ion je lineární a je izoelektronický s CO2.[2] Vzdálenost C-C v Mg2C3 je 133.2 pm.[11] Mg2C3 výnosy methylacetylen, CH3CCH a propadien, CH2CCH2, o hydrolýze, což byl první údaj, který obsahuje C4−
3.

Kovalentní karbidy

Karbidy křemíku a bór jsou popsány jako „kovalentní karbidy“, i když prakticky všechny sloučeniny uhlíku vykazují nějaký kovalentní charakter. Karbid křemíku má dvě podobné krystalické formy, které obě souvisejí se strukturou diamantu.[2] Karbid boru, B4Na druhé straně má C neobvyklou strukturu, která zahrnuje ikosaedrální jednotky boru spojené atomy uhlíku. V tomto ohledu karbid boru je podobný bohatému na bór borides. Oba karbid křemíku (také známý jako karborundum) a karbid boru jsou velmi tvrdé materiály a žáruvzdorný. Oba materiály jsou průmyslově důležité. Bor také tvoří další kovalentní karbidy, např. B25C.

Molekulární karbidy

Komplex [Au6C (PPh3)6]2+, obsahující jádro z uhlíkového zlata.

Kovové komplexy obsahující C jsou známé jako komplexy kovových karbido. Nejběžnější jsou oktaedrické klastry se středem uhlíku, například [Au6C (PPh3)6]2+ a [Fe6C (CO)6]2−. Podobné druhy jsou známy pro kovové karbonyly a rané halogenidy kovů. Izolovalo se několik koncových karbidů, např. [CRuCl2{P (C.6H11)3}2].

Metalokarboedrynes (nebo „met-cars“) jsou stabilní klastry s obecným vzorcem M
8C
12 kde M je přechodný kov (Ti, Zr, V atd.).

Související materiály

Kromě karbidů existují i ​​další skupiny příbuzných sloučenin uhlíku:[2]

Viz také

Reference

  1. ^ Kunst, Helmut; Haase, Brigitte; Malloy, James C .; Wittel, Klaus; Nestler, Montia C .; Nicoll, Andrew R .; Erning, Ulrich; Rauscher, Gerhard (2006). "Kovy, povrchová úprava". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a16_403.pub2.
  2. ^ A b C d E F G h i j k Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemie prvků. Oxford: Pergamon Press. 318–22. ISBN  978-0-08-022057-4.
  3. ^ A b Peter Ettmayer; Walter Lengauer (1994). "Karbidy: chemie pevných látek na bázi přechodných kovů". V R. Bruce King (ed.). Encyclopedia of Anorganic Chemistry. John Wiley & Sons. ISBN  978-0-471-93620-6.
  4. ^ C.H. de Novion; J.P. Landesman (1985). "Řád a porucha v karbidech a nitridech přechodných kovů: experimentální a teoretické aspekty". Pure Appl. Chem. 57 (10): 1391. doi:10.1351 / pac198557101391. S2CID  59467042.
  5. ^ John Percy (1870). Metalurgie olova, včetně desiverizace a cupellace. Londýn: J. Murray. p. 67. Citováno 2013-04-06.
  6. ^ Y. C. Zhou; H. Y. Dong; B. H. Yu (2000). „Vývoj dvourozměrných desek z karbidu titanu a cínu (Ti2SnC) na základě vyšetřování elektronické struktury“. Inovace materiálového výzkumu. 4 (1): 36–41. doi:10,1007 / s100190000065. S2CID  135756713.
  7. ^ Shriver and Atkins - Anorganic Chemistry
  8. ^ O.O. Kurakevych; T.A. Strobel; D.Y. Kim; G.D. Cody (2013). „Syntéza Mg2C: methanid hořečnatý“. Angewandte Chemie International Edition. 52 (34): 8930–8933. doi:10,1002 / anie.201303463. PMID  23824698.
  9. ^ A. I. Avgustinik; G. V. Drozdetskaya; S. S. Ordan'yan (1967). „Reakce karbidu titanu s vodou“. Prášková metalurgie a kovová keramika. 6 (6): 470–473. doi:10.1007 / BF00780135 (neaktivní 11. 11. 2020).CS1 maint: DOI neaktivní od listopadu 2020 (odkaz)
  10. ^ Weiss, Erwin; Corbelin, Siegfried; Cockcroft, Jeremy Karl; Fitch, Andrew Nicholas (1990). „Über Metallalkyl- und -aryl-Verbindungen, 44 Darstellung und Struktur von Methylnatrium. Strukturbestimmung an NaCD3-Pulvern bei 1.5 und 300 K durch Neutronen- und Synchrotronstrahlenbeugung“. Chemische Berichte. 123 (8): 1629–1634. doi:10.1002 / cber.19901230807. ISSN  0009-2940.
  11. ^ Fjellvag H .; Pavel K. (1992). "Krystalová struktura seskvikarbidu hořečnatého". Inorg. Chem. 31 (15): 3260. doi:10.1021 / ic00041a018.