Al món es coneixen molts compostos químics diferents: uns centenars de milions. I tots, com les persones, són individuals. És impossible trobar dues substàncies que tinguessin les mateixes propietats químiques i físiques amb una composició diferent.
Una de les substàncies inorgàniques més interessants que existeixen al món són els carburs. En aquest article, parlarem de la seva estructura, propietats físiques i químiques, aplicacions i analitzarem les complexitats de la seva producció. Però primer, una mica sobre la història del descobriment.
Història
Els carburs metàl·lics, les fórmules dels quals donarem a continuació, no són compostos naturals. Això es deu al fet que les seves molècules tendeixen a descompondre's quan interaccionen amb l'aigua. Per tant, val la pena parlar aquí dels primers intents de sintetitzar carburs.
A partir de 1849 hi ha referències a la síntesi de carbur de silici, però alguns d'aquests intents continuen sense ser reconeguts. La producció a gran escala va començar el 1893 pel químic nord-americà Edward Acheson en un procés que més tard va rebre el seu nom.
La història de la síntesi de carbur de calci tampoc difereix en una gran quantitat d'informació. El 1862, el químic alemany Friedrich Wöhler el va obtenir escalfant zinc i calci aliats amb carbó.
Ara passem a seccions més interessants: química ipropietats físiques. Després de tot, és en ells on rau tota l'essència de l'ús d'aquesta classe de substàncies.
Propietats físiques
Absolutament tots els carburs es distingeixen per la seva duresa. Per exemple, una de les substàncies més dures de l'escala de Mohs és el carbur de tungstè (9 de 10 punts possibles). A més, aquestes substàncies són molt refractàries: el punt de fusió d'algunes d'elles arriba als dos mil graus.
La majoria dels carburs són químicament inerts i interaccionen amb una petita quantitat de substàncies. Són insolubles en qualsevol dissolvent. Tanmateix, la dissolució es pot considerar una interacció amb l'aigua amb la destrucció d'enllaços i la formació d'hidròxid metàl·lic i hidrocarburs.
Parlarem de l'última reacció i moltes altres transformacions químiques interessants que impliquen carburs a la següent secció.
Propietats químiques
Gairebé tots els carburs interactuen amb l'aigua. Alguns, fàcilment i sense escalfar (per exemple, carbur de calci), i altres (per exemple, carbur de silici), escalfant el vapor d'aigua a 1800 graus. La reactivitat en aquest cas depèn de la naturalesa de l'enllaç en el compost, que parlarem més endavant. En la reacció amb l'aigua es formen diversos hidrocarburs. Això passa perquè l'hidrogen contingut a l'aigua es combina amb el carboni del carbur. És possible entendre quin hidrocarbur sortirà (i poden resultar tant compostos saturats com insaturats) en funció de la valència del carboni contingut en la substància original. Per exemple, si ustenim carbur de calci, la fórmula del qual és CaC2, veiem que conté l'ió C22-. Això vol dir que s'hi poden unir dos ions d'hidrogen amb una càrrega +. Així, obtenim el compost C2H2 - acetilè. De la mateixa manera, a partir d'un compost com el carbur d'alumini, la fórmula del qual és Al4C3, obtenim CH 4. Per què no C3H12, et preguntes? Després de tot, l'ió té una càrrega de 12-. El fet és que el nombre màxim d'àtoms d'hidrogen ve determinat per la fórmula 2n + 2, on n és el nombre d'àtoms de carboni. Això vol dir que només pot existir un compost amb la fórmula C3H8 (propà), i aquest ió amb una càrrega de 12- es desintegra en tres ions amb una càrrega de 4-, que donen molècules de metà quan es combinen amb protons.
Les reaccions d'oxidació dels carburs són interessants. Es poden produir tant quan s'exposen a fortes mescles d'agents oxidants, com durant la combustió ordinària en una atmosfera d'oxigen. Si tot és clar amb l'oxigen: s'obtenen dos òxids, llavors amb altres agents oxidants és més interessant. Tot depèn de la naturalesa del metall que forma part del carbur, així com de la naturalesa de l'agent oxidant. Per exemple, el carbur de silici, la fórmula del qual és SiC, quan interacciona amb una barreja d'àcids nítric i fluorhídric, forma àcid hexafluorosilicíc amb l'alliberament de diòxid de carboni. I en fer la mateixa reacció, però només amb àcid nítric, obtenim òxid de silici i diòxid de carboni. Els halògens i els calcògens també es poden denominar agents oxidants. Qualsevol carbur interacciona amb ells, la fórmula de reacció només depèn de la seva estructura.
Els carburs metàl·lics, les fórmules dels quals hem considerat, estan lluny de ser els únics representants d'aquesta classe de compostos. Ara analitzarem cada un dels compostos industrialment importants d'aquesta classe i després parlarem de la seva aplicació a les nostres vides.
Què són els carburs?
Resulta que el carbur, la fórmula del qual, per exemple, CaC2, difereix significativament en estructura de SiC. I la diferència rau principalment en la naturalesa de l'enllaç entre els àtoms. En el primer cas, estem davant d'un carbur semblant a la sal. Aquesta classe de compostos s'anomena així perquè en realitat es comporta com una sal, és a dir, és capaç de dissociar-se en ions. Aquest enllaç iònic és molt feble, cosa que facilita la realització de la reacció d'hidròlisi i moltes altres transformacions, incloses les interaccions entre ions.
Un altre tipus de carbur, potser més important industrialment, és el carbur covalent, com ara SiC o WC. Es caracteritzen per una gran densitat i força. També refractaris i inerts per diluir productes químics.
També hi ha carburs semblants al metall. Es poden considerar més aviat com a aliatges de metalls amb carboni. Entre aquests, es pot distingir, per exemple, la cementita (carbur de ferro, la fórmula de la qual varia, però de mitjana és aproximadament la següent: Fe3C) o la fosa. Tenen una activitat química de grau intermedi entre els carburs iònics i covalents.
Cada una d'aquestes subespècies de la classe de compostos químics que estem discutint té la seva pròpia aplicació pràctica. Com i on sol·licitarcadascun, en parlarem a la secció següent.
Aplicació pràctica de carburs
Com ja hem comentat, els carburs covalents tenen la més àmplia gamma d'aplicacions pràctiques. Es tracta de materials abrasius i de tall, i materials compostos utilitzats en diversos camps (per exemple, com un dels materials que componen l'armadura corporal), i peces d'automòbils i dispositius electrònics, i elements de calefacció i energia nuclear. I aquesta no és una llista completa d'aplicacions per a aquests carburs superdurs.
Els carburs de formació de sal tenen l'aplicació més limitada. La seva reacció amb l'aigua s'utilitza com a mètode de laboratori per a la producció d'hidrocarburs. Ja hem comentat com passa això més amunt.
Juntament amb els carburs covalents, semblants a metalls, tenen l'aplicació més àmplia a la indústria. Com ja hem dit, un tipus de compostos semblants al metall que estem discutint són els acers, les ferros colades i altres compostos metàl·lics intercalats amb carboni. Per regla general, el metall que es troba en aquestes substàncies pertany a la classe dels metalls d. És per això que s'inclina a formar no enllaços covalents, sinó, per dir-ho, a introduir-se en l'estructura del metall.
En la nostra opinió, els compostos anteriors tenen aplicacions pràctiques més que suficients. Ara donem un cop d'ull al procés per obtenir-los.
Producció de carburs
Els dos primers tipus de carburs que hem examinat, és a dir, covalents i semblants a la sal, s'obtenen més sovint d'una manera senzilla: per la reacció de l'òxid de l'element i el coc a alta temperatura. Al mateix temps, partEl coc, format per carboni, es combina amb un àtom d'un element de la composició de l'òxid i forma un carbur. L' altra part "agafa" oxigen i forma monòxid de carboni. Aquest mètode consumeix molt energia, ja que requereix mantenir una temperatura elevada (uns 1600-2500 graus) a la zona de reacció.
S'utilitzen reaccions alternatives per obtenir determinats tipus de compostos. Per exemple, la descomposició d'un compost, que finalment dóna un carbur. La fórmula de la reacció depèn del compost específic, de manera que no en parlarem.
Abans de concloure el nostre article, parlem d'alguns carburs interessants i parlem d'ells amb més detall.
Connexions interessants
Carbur de sodi. La fórmula d'aquest compost és C2Na2. Això es pot considerar més com un acetilènur (és a dir, el producte de la substitució dels àtoms d'hidrogen de l'acetilè per àtoms de sodi), més que un carbur. La fórmula química no reflecteix completament aquestes subtileses, per la qual cosa s'han de buscar en l'estructura. Aquesta és una substància molt activa i en qualsevol contacte amb l'aigua hi interacciona molt activament amb la formació d'acetilè i àlcali.
Carbur de magnesi. Fórmula: MgC2. Són interessants els mètodes per obtenir aquest compost prou actiu. Un d'ells consisteix en la sinterització de fluorur de magnesi amb carbur de calci a alta temperatura. Com a resultat d'això, s'obtenen dos productes: el fluorur de calci i el carbur que necessitem. La fórmula d'aquesta reacció és bastant senzilla i la podeu llegir a la literatura especialitzada si voleu.
Si no esteu segur de la utilitat del material presentat a l'article, feu el següentsecció per a tu.
Com pot ser útil això a la vida?
Bé, en primer lloc, el coneixement dels compostos químics no pot ser mai superflu. Sempre és millor estar armat de coneixement que quedar-se sense. En segon lloc, com més coneixeu l'existència de determinats compostos, millor entendreu el mecanisme de la seva formació i les lleis que els permeten existir.
Abans de passar al final, m'agradaria donar unes quantes recomanacions per a l'estudi d'aquest material.
Com estudiar-ho?
Molt senzill. És només una branca de la química. I s'hauria d'estudiar als llibres de text de química. Comenceu amb la informació de l'escola i passeu a la informació més detallada dels llibres de text universitaris i llibres de referència.
Conclusió
Aquest tema no és tan senzill i avorrit com sembla a primera vista. La química sempre pot ser interessant si hi trobes el teu propòsit.
