Карбиды.
С металлами углерод вступает во взаимодействие лишь при высоких температурах. Из образующихся соединений (называемых карбидами) наибольшее практическое значение имеет карбид кальция (СаС2). Весьма важны также производные W (W2C и WC).
Большинство карбидов удобнее получать прокаливанием с углём оксидов металлов. При высоких температурах происходит восстановление оксидов, причём металл соединяется с углеродом. Прокаливанием в электрической печи смеси угля с оксидом кальция получают и карбид кальция:
СаО + 3 С + 464 кДж = СО
+ СаС2.
Технический продукт окрашен в серый цвет примесью свободного углерода. Чистый СаС2 представляет собой бесцветные кристаллы, образованные ионами Са2+ и С22-. Получение каждой тонны карбида кальция требует затраты 3 тыс. кВт
·ч. Его ежегодная мировая выработка составляет около 5 млн. т.
Карбиды представляют собой твёрдые, в чистом состоянии хорошо кристаллизующиеся вещества. Они нелетучи и не растворимы ни в одном из известных растворителей. В связи с этим истинные молекулярные веса карбидов неизвестны, и для них приходится довольствоваться простейшими формулами.
Последние в одних случаях соответствуют обычным валентностям углерода и соединяющегося с ним металла, в других — уже сами по себе указывают на сложность молекулярной структуры карбида. В этом отношении, а также и по ряду свойств (устойчивости большинства при нагревании и т. д.) карбиды очень похожи на нитриды.
По отношению к воде и разбавленным кислотам карбиды распадаются на две большие группы: разлагаемые этими веществами и не разлагаемые ими. Карбиды первой группы в зависимости от химической природы летучих продуктов их разложения можно в свою очередь подразделить на: а) ацетилениды; б) метаниды и в) дающие смесь различных продуктов.
Карбиды первого типа следует рассматривать как продукты замещения водорода ацетилена. Их образуют главным образом наиболее активные металлы. Общая формула карбидов этой подгруппы имеет вид М2С2 для одновалентного металла, МС2 — для двухвалентного и М2С6 — для трёхвалентного.
Подобным же образом карбиды второго типа следует рассматривать как продукты замещения на металл водородов метана. Известны они только для бериллия и алюминия, причём в обоих случаях простейшие формулы (Ве2С и Аl4C3) отвечают обычным валентностям элементов. При действии горячей воды или разбавленных кислот оба карбида разлагаются с выделением чистого метана, например, по схеме:
Al4C3 + 12 H2O = 4 Al(OH)3 + 3 CH4
.
Примером карбидов третьего типа, дающих при разложении смесь различных продуктов, может служить Mn3C, который реагирует с водой преимущественно по уравнению:
Mn3C + 6 H2O = 3 Mn(OH)2 + CH4 + H2.
Одновременно образуются также и другие газообразные углеводороды.
Неразлагаемые разбавленными кислотами карбиды обычно очень устойчивы также по отношению к другим химическим воздействиям и нагреванию. Все они могут быть, однако, разрушены сплавлением со щелочами при доступе воздуха (например, по реакции:
2 WC + 8 NaOH + 5 O2 = 2 Na2WO4 + 2 Na2CO3 + 4 H2O).
Некоторые карбиды этой группы проводят электрический ток. Из производных уже рассматривавшихся металлов сюда относятся: Mn23C6, Mn3C, Mn7C3, TcC, Cr3C2, Cr7C3, Cr23C6, MoC, Mo2C, WC, W2C, VC, NbC, Nb2C, TaC, Ta2C. Многие соединения этого типа принадлежат к наиболее тугоплавким из всех известных веществ. Примерами могут служить WC (т. пл. 2600
°С с разл.), W2C (2700), VC (2800), NbC (3500), TaC (3900
°С). Сплавы на основе карбида хрома весьма стойки к коррозии и износу. Сцементированный никелем карбид тантала под названием “рамет” находит применение в качестве сверхтвёрдого сплава, а карбиды Nb и Ta — в ракетной технике.
С водой (даже со следами) карбид кальция энергично реагирует, образуя ацетилен (Н
-С
ºС
-Н) по уравнению:
СаС2 + 2 Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2 + 125 кДж.
Получаемый из технического СаС2 ацетилен имеет неприятный запах вследствие наличия в нём ряда примесей (NH3, PH3, H2S и др.). В чистом виде он представляет собой бесцветный газ со слабым характерным запахом, довольно хорошо растворимый в воде.
Ацетилен служит исходным продуктом для синтеза очень многих сложных органических соединений. Эта область его использования и является самой обширной. Другое важное применение ацетилена основано на протекающей с большим выделением тепла реакции его сгорания:
Смотрите также
Энтропия органических веществ при нормальных и повышенных давлениях
...
Пищевые добавки
...
Электролиз
...