Dünyada çoxlu müxtəlif kimyəvi birləşmələr məlumdur: təxminən yüz milyonlarla. Və onların hamısı, insanlar kimi, fərdidir. Fərqli tərkibli eyni kimyəvi və fiziki xassələrə malik iki maddə tapmaq mümkün deyil.
Dünyada mövcud olan ən maraqlı qeyri-üzvi maddələrdən biri karbidlərdir. Bu yazıda onların quruluşunu, fiziki və kimyəvi xassələrini, tətbiqlərini müzakirə edəcəyik və istehsalının incəliklərini təhlil edəcəyik. Ancaq əvvəlcə kəşfin tarixi haqqında bir az.
Tarix
Düsturlarını aşağıda verəcəyimiz metal karbidlər təbii birləşmələr deyil. Bu, onların molekullarının su ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda parçalanmağa meylli olması ilə bağlıdır. Ona görə də burada karbidlərin sintezi üçün ilk cəhdlərdən danışmağa dəyər.
1849-cu ildən silisium karbidinin sintezinə istinadlar var, lakin bu cəhdlərin bəziləri tanınmamış qalır. Genişmiqyaslı istehsal 1893-cü ildə amerikalı kimyaçı Edvard Açeson tərəfindən başladı və bu proses sonradan onun adını daşıdı.
Kalsium karbidinin sintezinin tarixi də böyük miqdarda məlumatla fərqlənmir. 1862-ci ildə alman kimyaçısı Fridrix Wöhler onu ərintilənmiş sink və kalsiumu kömürlə qızdırmaqla əldə etmişdir.
İndi isə daha maraqlı bölmələrə keçək: kimyəvi vəfiziki xassələri. Axı, bu sinif maddələrin istifadəsinin bütün mahiyyəti onlardadır.
Fiziki xüsusiyyətlər
Tamamilə bütün karbidlər öz sərtliyi ilə seçilir. Məsələn, Mohs şkalası üzrə ən sərt maddələrdən biri volfram karbiddir (10 mümkün baldan 9-u). Bundan əlavə, bu maddələr çox odadavamlıdır: bəzilərinin ərimə nöqtəsi iki min dərəcəyə çatır.
Karbidlərin çoxu kimyəvi cəhətdən təsirsizdir və az miqdarda maddələrlə qarşılıqlı təsir göstərir. Hər hansı bir həlledicidə həll olunmurlar. Bununla belə, ərimə su ilə qarşılıqlı əlaqənin pozulması və metal hidroksid və karbohidrogenin əmələ gəlməsi hesab edilə bilər.
Son reaksiya və karbidlərin iştirak etdiyi bir çox digər maraqlı kimyəvi çevrilmələr haqqında növbəti hissədə danışacağıq.
Kimyəvi xassələri
Demək olar ki, bütün karbidlər su ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Bəziləri - asanlıqla və qızdırmadan (məsələn, kalsium karbid), bəziləri (məsələn, silisium karbid) - su buxarını 1800 dərəcə qızdırmaqla. Bu vəziyyətdə reaktivlik birləşmədəki əlaqənin təbiətindən asılıdır, sonra bu barədə danışacağıq. Su ilə reaksiyada müxtəlif karbohidrogenlər əmələ gəlir. Bu, suyun tərkibindəki hidrogenin karbiddəki karbonla birləşməsi səbəbindən baş verir. Orijinal maddənin tərkibindəki karbonun valentliyinə əsasən hansı karbohidrogenin çıxacağını (həm doymuş, həm də doymamış birləşmələr çıxa bilər) anlamaq mümkündür. Məsələn, əgər ubizdə kalsium karbid var, formulu CaC2, onun tərkibində C22- ionunun olduğunu görürük.. Bu o deməkdir ki, ona + yüklü iki hidrogen ionu bağlana bilər. Beləliklə, C2H2 - asetilen birləşməsini alırıq. Eyni şəkildə, düsturu Al4C3 olan alüminium karbid kimi birləşmədən CH alırıq. 4. Niyə C3H12 deyil, soruşursan? Axı ionun 12- yükü var. Fakt budur ki, hidrogen atomlarının maksimum sayı 2n + 2 düsturu ilə müəyyən edilir, burada n karbon atomlarının sayıdır. Bu o deməkdir ki, yalnız C3H8 (propan) düsturuna malik birləşmə mövcud ola bilər və 12- yüklü ion üçə parçalanır. protonlarla birləşdikdə metan molekulları verən 4- yüklü ionlar.
Karbidlərin oksidləşmə reaksiyaları maraqlıdır. Onlar həm oksidləşdirici maddələrin güclü qarışıqlarına məruz qaldıqda, həm də oksigen atmosferində adi yanma zamanı baş verə bilər. Oksigenlə hər şey aydındırsa: iki oksid əldə edilir, onda digər oksidləşdirici maddələrlə daha maraqlıdır. Hamısı karbidin bir hissəsi olan metalın təbiətindən, həmçinin oksidləşdirici maddənin təbiətindən asılıdır. Məsələn, düsturu SiC olan silisium karbid, azot və hidrofluorik turşuların qarışığı ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, karbon qazının sərbəst buraxılması ilə heksafluorosilik turşu əmələ gətirir. Eyni reaksiyanı həyata keçirərkən, lakin yalnız azot turşusu ilə silikon oksidi və karbon qazı alırıq. Halojenlərə və xalkogenlərə oksidləşdirici maddələr də aid edilə bilər. İstənilən karbid onlarla qarşılıqlı təsir göstərir, reaksiya formulu yalnız onun strukturundan asılıdır.
Düsturlarını nəzərdən keçirdiyimiz metal karbidlər bu birləşmələr sinfinin yeganə nümayəndələrindən uzaqdır. İndi biz bu sinfin sənaye baxımından əhəmiyyətli birləşmələrinin hər birinə daha yaxından nəzər salacağıq və sonra onların həyatımızda tətbiqi haqqında danışacağıq.
Karbidlər nədir?
Məlum oldu ki, düsturu CaC2, olan karbid strukturuna görə SiC-dən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Və fərq ilk növbədə atomlar arasındakı əlaqənin təbiətindədir. Birinci halda, biz duz kimi karbidlə məşğul oluruq. Bu birləşmələr sinfi belə adlandırılmışdır, çünki o, əslində duz kimi davranır, yəni ionlara parçalana bilir. Belə bir ion bağı çox zəifdir, bu da hidroliz reaksiyasını və bir çox başqa çevrilmələri, o cümlədən ionlar arasında qarşılıqlı əlaqəni asanlaşdırır.
Digər, bəlkə də sənaye baxımından daha vacib olan karbid növü SiC və ya WC kimi kovalent karbiddir. Onlar yüksək sıxlıq və güc ilə xarakterizə olunur. Həmçinin odadavamlıdır və kimyəvi maddələri sulandırmaq üçün təsirsizdir.
Metala bənzər karbidlər də var. Onlar daha çox metalların karbonla ərintiləri hesab edilə bilər. Bunlar arasında, məsələn, sementit (dəmir karbid, formulası dəyişir, lakin orta hesabla təxminən belədir: Fe3C) və ya çuqunu ayırd etmək olar. Onların ion və kovalent karbidlər arasında kimyəvi aktivliyi var.
Hazırladığımız kimyəvi birləşmələr sinfinin bu alt növlərinin hər birinin öz praktik tətbiqi var. Necə və hara müraciət etməlihər biri haqqında növbəti bölmədə danışacağıq.
Karbidlərin praktik tətbiqi
Artıq müzakirə etdiyimiz kimi, kovalent karbidlər ən geniş praktik tətbiqlərə malikdir. Bunlar aşındırıcı və kəsici materiallar, müxtəlif sahələrdə istifadə olunan kompozit materiallar (məsələn, bədən zirehini təşkil edən materiallardan biri kimi), avtomobil hissələri, elektron cihazlar, qızdırıcı elementlər və nüvə enerjisidir. Və bu, bu super sərt karbidlər üçün tətbiqlərin tam siyahısı deyil.
Duz əmələ gətirən karbidlər ən dar tətbiq sahəsinə malikdir. Onların su ilə reaksiyası karbohidrogenlərin alınması üçün laboratoriya üsulu kimi istifadə olunur. Bunun necə baş verdiyini yuxarıda müzakirə etdik.
Kovalentlərlə yanaşı, metal kimi karbidlər sənayedə ən geniş tətbiq sahəsinə malikdir. Artıq dediyimiz kimi, bəhs etdiyimiz birləşmələrin belə bir metala bənzər növü poladlar, çuqunlar və karbonla kəsişən digər metal birləşmələridir. Bir qayda olaraq, belə maddələrdə olan metal d-metallar sinfinə aiddir. Buna görə də o, kovalent bağlar yaratmağa deyil, sanki metalın strukturuna daxil olmağa meyllidir.
Bizim fikrimizcə, yuxarıdakı birləşmələr kifayət qədər praktik tətbiqlərə malikdir. İndi onların əldə edilməsi prosesinə nəzər salaq.
Karbidlərin istehsalı
Tədqiq etdiyimiz ilk iki növ karbid, yəni kovalent və duzabənzər, ən çox bir sadə yolla əldə edilir: elementin oksidi ilə koksun yüksək temperaturda reaksiyası ilə. Eyni zamanda, hissəkarbondan ibarət olan koks oksidin tərkibindəki elementin atomu ilə birləşərək karbid əmələ gətirir. Digər hissə isə oksigeni “götürür” və karbonmonoksit əmələ gətirir. Bu üsul çox enerji sərf edir, çünki reaksiya zonasında yüksək temperaturun (təxminən 1600-2500 dərəcə) saxlanılmasını tələb edir.
Alternativ reaksiyalar müəyyən növ birləşmələri əldə etmək üçün istifadə olunur. Məsələn, nəticədə bir karbid verən bir birləşmənin parçalanması. Reaksiya düsturu xüsusi birləşmədən asılıdır, ona görə də biz onu müzakirə etməyəcəyik.
Məqaləmizi bitirməzdən əvvəl gəlin bəzi maraqlı karbidləri müzakirə edək və onlar haqqında daha ətraflı danışaq.
Maraqlı əlaqələr
Natrium karbid. Bu birləşmənin düsturu C2Na2-dir. Bu, karbid deyil, daha çox asetilenid (yəni, asetilendə hidrogen atomlarının natrium atomları ilə əvəzlənməsinin məhsulu) kimi düşünülə bilər. Kimyəvi formula bu incəlikləri tam əks etdirmir, ona görə də onları strukturda axtarmaq lazımdır. Bu çox aktiv maddədir və su ilə hər hansı təmasda asetilen və qələvi əmələ gəlməsi ilə çox aktiv şəkildə qarşılıqlı təsir göstərir.
Maqnezium karbid. Formula: MgC2. Bu kifayət qədər aktiv birləşmənin əldə edilməsi üsulları maraq doğurur. Onlardan biri yüksək temperaturda maqnezium flüoridin kalsium karbid ilə sinterlənməsini nəzərdə tutur. Bunun nəticəsində iki məhsul alınır: kalsium ftorid və ehtiyacımız olan karbid. Bu reaksiyanın düsturu olduqca sadədir və istəsəniz, onu xüsusi ədəbiyyatda oxuya bilərsiniz.
Məqalədə təqdim olunan materialın faydalılığına əmin deyilsinizsə, aşağıdakılarsizin üçün bölmə.
Bu, həyatda necə faydalı ola bilər?
Yaxşı, ilk növbədə kimyəvi birləşmələr haqqında biliklər heç vaxt artıq ola bilməz. Biliksiz qalmaqdansa, biliklə silahlanmış olmaq həmişə yaxşıdır. İkincisi, müəyyən birləşmələrin mövcudluğu haqqında nə qədər çox bilsəniz, onların yaranma mexanizmini və mövcud olmasına imkan verən qanunları bir o qədər yaxşı başa düşəcəksiniz.
Sona keçməzdən əvvəl bu materialın öyrənilməsi üçün bir neçə tövsiyə vermək istərdim.
Bunu necə öyrənmək olar?
Çox sadə. Bu, sadəcə kimyanın bir qoludur. Və kimya dərsliklərində öyrənilməlidir. Məktəb məlumatı ilə başlayın və universitet dərsliklərindən və istinad kitablarından daha ətraflı məlumata keçin.
Nəticə
Bu mövzu ilk baxışdan göründüyü qədər sadə və darıxdırıcı deyil. Məqsədinizi onda tapsanız, kimya həmişə maraqlı ola bilər.
