Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Средство разработки программного обеспечения для ОС Symbian см. На Carbide.c ++ . Для металлического соединения, обычно используемого в станках, см. Карбид вольфрама . Чтобы узнать о городе в Западной Вирджинии, см. Карбайд, округ Ветцель, Западная Вирджиния .
Решеточная структура карбида титана .

В химии , А карбид обычно описывает соединение , состоящее из углерода и металла. В металлургии , carbiding или цементации является способ получения карбида покрытий на металлической части. [1]

Промежуточные / металлические карбиды [ править ]

Концевые фрезы из карбида вольфрама .

Карбиды переходных металлов 4, 5 и 6 групп (за исключением хрома) часто описываются как соединения внедрения . [2] Эти карбиды обладают металлическими свойствами и являются тугоплавкими . Некоторые из них демонстрируют диапазон стехиометрии , представляя собой нестехиометрическую смесь различных карбидов, возникающих из-за дефектов кристаллов. Некоторые из них, например карбид титана , TiC и карбид вольфрама, имеют важное промышленное значение и используются для покрытия металлов в режущих инструментах. [3]

Давно распространено мнение, что атомы углерода укладываются в октаэдрические промежутки в плотноупакованной металлической решетке, когда радиус атома металла больше примерно 135 пм: [2]

  • Когда атомы металла имеют плотную кубическую упаковку (ccp), то заполнение всех октаэдрических пустот углеродом достигает стехиометрии 1: 1 со структурой каменной соли.
  • Когда атомы металла являются гексагональной плотной упаковкой (ГПУ), так как октаэдрических лежат непосредственно напротив друг друга по обе стороны от слоя атомов металла, заполняя только один из них с углеродом достигает 2: 1 стехиометрии с CdI 2 структуры .

В следующей таблице [2] [3] показаны фактические структуры металлов и их карбидов. (Обратите внимание: объемноцентрированная кубическая структура, принятая ванадием, ниобием, танталом, хромом, молибденом и вольфрамом, не является решеткой с плотной упаковкой.) Обозначение «h / 2» относится к структуре типа M 2 C, описанной выше, которая является только примерное описание реальных конструкций. Простое представление о том, что решетка чистого металла «поглощает» атомы углерода, можно рассматривать как неверное, поскольку упаковка решетки атомов металла в карбидах отличается от упаковки в чистом металле, хотя технически правильно, что углерод атомы укладываются в октаэдрические пустоты плотноупакованной металлической решетки.

МеталлСтруктура чистого металлаМеталлический
радиус (пм)
Упаковка атомов металла MC		Структура MCУпаковка атомов металла M 2 C
Конструкция M 2 CПрочие карбиды
титанhcp147ccpкаменная соль
цирконийhcp160ccpкаменная соль
гафнийhcp159ccpкаменная соль
ванадийскрытая копия134ccpкаменная сольhcpч / 2В 4 С 3
ниобийскрытая копия146ccpкаменная сольhcpч / 2Nb 4 C 3
танталскрытая копия146ccpкаменная сольhcpч / 2Та 4 С 3
хромскрытая копия128Cr 23 C 6 , Cr 3 C,
Cr 7 C 3 , Cr 3 C 2
молибденскрытая копия139шестиугольникhcpч / 2Пн 3 С 2
вольфрамскрытая копия139шестиугольникhcpч / 2

Долгое время считалось, что нестехиометрические фазы разупорядочены со случайным заполнением пустот, однако обнаружено ближнее и дальнее упорядочение. [4]

Железо образует ряд карбидов Fe 3 C, Fe 7 C 3 и Fe 2 C. Наиболее известным является цементит Fe 3 C, который присутствует в сталях. Эти карбиды более реактивны, чем карбиды внедрения; например, карбиды Cr, Mn, Fe, Co и Ni все гидролизуются разбавленными кислотами, а иногда и водой, с образованием смеси водорода и углеводородов. Эти соединения имеют общие черты как с инертными вставками, так и с более реакционноспособными солеподобными карбидами. [2]

Считается, что некоторые металлы, такие как свинец и олово , ни при каких обстоятельствах не образуют карбиды. [5] Однако существует смешанный карбид титана и олова, который является двумерным проводником. [6]

Химическая классификация карбидов [ править ]

Карбиды обычно можно классифицировать по типу химических связей следующим образом: (i) солеподобные (ионные), (ii) ковалентные соединения , (iii) межузельные соединения и (iv) «промежуточные» карбиды переходных металлов . Примеры включают карбид кальция (CaC 2 ), карбид кремния (SiC), карбид вольфрама (WC; часто называют просто карбидом, когда речь идет о станкостроении) и цементит (Fe 3 C) [2], каждый из которых используется в ключевых промышленных приложениях. . Название ионных карбидов не носит систематического характера.

Солевидные / солевые / ионные карбиды [ править ]

Солевидные карбиды состоят из высоко электроположительных элементов, таких как щелочные металлы , щелочноземельные металлы и металлы группы 3, включая скандий , иттрий и лантан . Алюминий из группы 13 образует карбиды , а галлий , индий и таллий - нет. Эти материалы имеют изолированные углеродные центры, часто описываемые как «C 4- » в метанидах или метидах; двухатомные единицы, " C"2-
2"в ацетилидах и трехатомных единицах" C4-
3", в аллилидах. [2] Соединение интеркаляции графита KC 8 , полученное из паров калия и графита, и производные щелочного металла C 60 обычно не классифицируются как карбиды. [7]

Метаниды [ править ]

Метаниды - это подмножество карбидов, которые отличаются склонностью к разложению в воде с образованием метана . Три примера - карбид алюминия Al
4C
3, карбид магния Mg
2C [8] и карбид бериллия Be
2C .

Карбиды переходных металлов не являются солевыми карбидами, но их реакция с водой очень медленная, и ею обычно пренебрегают. Например, в зависимости от пористости поверхности 5–30 атомных слоев карбида титана гидролизуются с образованием метана в течение 5 минут в условиях окружающей среды с последующим насыщением реакции. [9]

Обратите внимание, что метанид в этом контексте - банальное историческое название. В соответствии с правилами систематического наименования IUPAC такое соединение, как NaCH 3 , будет называться «метанидом», хотя это соединение часто называют метилнатрием. [10]

Ацетилиды / этиниды [ править ]

Карбид кальция .

Предполагается, что некоторые карбиды являются солями ацетилид-аниона C 2 2– (также называемого перкарбидом), который имеет тройную связь между двумя атомами углерода. Щелочные металлы, щелочноземельные металлы и лантаноиды металлы образуют ацетилениды, например, карбид натрия Na 2 C 2 , карбид кальция СаС 2 и LAC 2 . [2] Лантаноиды также образуют карбиды (сесквикарбиды, см. Ниже) с формулой M 2 C 3 . Металлы из группы 11 также имеют тенденцию к образованию ацетилидов, таких как ацетилид меди (I) и ацетилид серебра.. Карбиды актиноидных элементов , которые имеют стехиометрию MC 2 и M 2 C 3 , также описываются как солеподобные производные C2-
2.

Длина тройной связи CC находится в диапазоне от 119,2 пм в CaC 2 (аналогично этину) до 130,3 пм в LaC 2 и 134 пм в UC 2 . Связывание в LaC 2 было описано в терминах La III с дополнительным электроном, делокализованным на антисвязывающую орбиталь на C2-
2, объясняя металлическую проводимость. [2]

Аллилиды [ править ]

Многоатомные ионы С4-
3, иногда называемый аллилидом , содержится в Li 4 C 3 и Mg 2 C 3 . Ион линейен и изоэлектронен с CO 2 . [2] Расстояние CC в Mg 2 C 3 составляет 133,2 пм. [11] Mg 2 C 3 дает метилацетилен , CH 3 CCH, и пропадиен , CH 2 CCH 2 , при гидролизе, что было первым признаком того, что он содержит C4-
3.

Ковалентные карбиды [ править ]

Карбиды кремния и бора описываются как «ковалентные карбиды», хотя практически все соединения углерода проявляют некоторый ковалентный характер. Карбид кремния имеет две похожие кристаллические формы, каждая из которых связана со структурой алмаза. [2] Карбид бора , B 4 C, с другой стороны, имеет необычную структуру, которая включает икосаэдрические единицы бора, связанные атомами углерода. В этом отношении карбид бора похож на бориды, богатые бором . Карбид кремния (также известный как карборунд ) и карбид бора - очень твердые и тугоплавкие материалы.. Оба материала важны в промышленном отношении. Бор также образует другие ковалентные карбиды, например B 25 C.

Молекулярные карбиды [ править ]

Комплекс [Au 6 C (PPh 3 ) 6 ] 2+ , содержащий углеродно-золотое ядро.

Комплексы металлов, содержащие C, известны как карбидокомплексы металлов . Наиболее распространены октаэдрические кластеры с углеродным центром, такие как [Au 6 C (PPh 3 ) 6 ] 2+ и [Fe 6 C (CO) 6 ] 2– . Подобные разновидности известны для карбонилов металлов и ранних галогенидов металлов. Было выделено несколько концевых карбидов, например [CRuCl 2 {P (C 6 H 11 ) 3 } 2 ].

Металлокарбоэдрины (или «меткары») представляют собой стабильные кластеры с общей формулой M
8C
12 где M - переходный металл (Ti, Zr, V и т. д.).

Связанные материалы [ править ]

Помимо карбидов существуют другие группы родственных углеродных соединений: [2]

  • соединения интеркалирования графита
  • фуллериды щелочных металлов
  • эндоэдральные фуллерены , в которых атом металла заключен в молекулу фуллерена
  • металлакарбоэдрены (меткарбогедрены) - кластерные соединения, содержащие звенья C 2 .
  • настраиваемый нанопористый углерод , при котором газовое хлорирование карбидов металлов удаляет молекулы металла с образованием высокопористого, почти чистого углеродного материала, способного накапливать энергию с высокой плотностью.
  • карбеновые комплексы переходных металлов .
  • двумерные карбиды переходных металлов: MXenes

См. Также [ править ]

  • Каппа-карбиды

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кунст, Гельмут; Хаазе, Бриджит; Маллой, Джеймс С.; Виттель, Клаус; Nestler, Montia C .; Николл, Эндрю Р .; Эрнинг, Ульрих; Раушер, Герхард (2006). «Металлы, обработка поверхности». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a16_403.pub2 .
  2. ^ a b c d e f g h i j k Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . С. 318–22. ISBN 978-0-08-022057-4.
  3. ^ a b Питер Эттмайер; Вальтер Ленгауэр (1994). «Карбиды: химия твердого тела переходных металлов». В Р. Брюс Кинг (ред.). Энциклопедия неорганической химии . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-93620-6.
  4. ^ CH de Novion; JP Landesman (1985). «Порядок и беспорядок в карбидах и нитридах переходных металлов: экспериментальные и теоретические аспекты». Pure Appl. Chem . 57 (10): 1391. DOI : 10,1351 / pac198557101391 . S2CID 59467042 . 
  5. ↑ Джон Перси (1870). Металлургия свинца, включая десиверизацию и купелирование . Лондон: Дж. Мюррей. п. 67 . Проверено 6 апреля 2013 .
  6. ^ YC Zhou; HY Dong; Б. Х. Ю (2000). «Разработка двумерных пластин карбида титана и олова (Ti2SnC) на основе исследования электронной структуры». Инновации в исследованиях материалов . 4 (1): 36–41. DOI : 10.1007 / s100190000065 . S2CID 135756713 . 
  7. ^ Шрайвер и Аткинс - Неорганическая химия
  8. ^ OO Kurakevych; Т.А. Штробель; Д.Я. Ким; Г. Д. Коди (2013). «Синтез Mg2C: метанид магния». Angewandte Chemie International Edition . 52 (34): 8930–8933. DOI : 10.1002 / anie.201303463 . PMID 23824698 . 
  9. ^ А.И. Августиник; Г.В. Дроздецкая; С.С. Орданьян (1967). «Реакция карбида титана с водой» . Порошковая металлургия и металлокерамика . 6 (6): 470–473. DOI : 10.1007 / BF00780135 (неактивный 2021-01-14).CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
  10. ^ Вайс, Эрвин; Корбелин, Зигфрид; Кокрофт, Джереми Карл; Фитч, Эндрю Николас (1990). "Über Metallalkyl- und -aryl-Verbindungen, 44 Darstellung und Struktur von Methylnatrium. Strukturbestimmung an NaCD3-Pulvern bei 1.5 and 300 K durch Neutronen- und Synchrotronstrahlenbeugung". Chemische Berichte . 123 (8): 1629–1634. DOI : 10.1002 / cber.19901230807 . ISSN 0009-2940 . 
  11. ^ Fjellvag H .; Павел К. (1992). «Кристаллическая структура сесквикарбида магния». Неорг. Chem . 31 (15): 3260. DOI : 10.1021 / ic00041a018 .