De nombreux composés chimiques différents sont connus dans le monde: environ des centaines de millions. Et tous, comme les gens, sont individuels. Il est impossible de trouver deux substances qui auraient les mêmes propriétés chimiques et physiques avec une composition différente.
L'une des substances inorganiques les plus intéressantes qui existent dans le monde sont les carbures. Dans cet article, nous discuterons de leur structure, de leurs propriétés physiques et chimiques, de leurs applications et analyserons les subtilités de leur production. Mais d'abord, un peu sur l'histoire de la découverte.
Histoire
Les carbures métalliques, dont nous donnerons les formules ci-dessous, ne sont pas des composés naturels. Cela est dû au fait que leurs molécules ont tendance à se décomposer lorsqu'elles interagissent avec l'eau. Par conséquent, il vaut la peine de parler ici des premières tentatives de synthèse de carbures.
À partir de 1849, il existe des références à la synthèse du carbure de silicium, mais certaines de ces tentatives restent méconnues. La production à grande échelle a commencé en 1893 par le chimiste américain Edward Acheson dans un procédé qui portera plus tard son nom.
L'histoire de la synthèse du carbure de calcium ne diffère pas non plus dans une grande quantité d'informations. En 1862, le chimiste allemand Friedrich Wöhler l'a obtenu en chauffant un alliage de zinc et de calcium avec du charbon.
Passons maintenant à des sections plus intéressantes: chimiques etpropriétés physiques. Après tout, c'est en eux que réside toute l'essence de l'utilisation de cette classe de substances.
Propriétés physiques
Absolument tous les carbures se distinguent par leur dureté. Par exemple, l'une des substances les plus dures sur l'échelle de Mohs est le carbure de tungstène (9 points sur 10 possibles). De plus, ces substances sont très réfractaires: le point de fusion de certaines d'entre elles atteint deux mille degrés.
La plupart des carbures sont chimiquement inertes et interagissent avec une petite quantité de substances. Ils sont insolubles dans tous les solvants. Cependant, la dissolution peut être considérée comme une interaction avec l'eau avec la destruction des liaisons et la formation d'hydroxyde métallique et d'hydrocarbure.
Nous parlerons de la dernière réaction et de nombreuses autres transformations chimiques intéressantes impliquant des carbures dans la prochaine section.
Propriétés chimiques
Presque tous les carbures interagissent avec l'eau. Certains - facilement et sans chauffage (par exemple, le carbure de calcium), et certains (par exemple, le carbure de silicium) - en chauffant la vapeur d'eau à 1800 degrés. La réactivité dans ce cas dépend de la nature de la liaison dans le composé, dont nous parlerons plus tard. Lors de la réaction avec l'eau, divers hydrocarbures se forment. Cela se produit parce que l'hydrogène contenu dans l'eau se combine avec le carbone du carbure. Il est possible de comprendre quel hydrocarbure se révélera (et des composés saturés et insaturés peuvent se révéler) en fonction de la valence du carbone contenu dans la substance d'origine. Par exemple, si vouson a du carbure de calcium dont la formule est CaC2, on voit qu'il contient l'ion C22-. Cela signifie que deux ions hydrogène avec une charge + peuvent y être attachés. Ainsi, nous obtenons le composé C2H2 - acétylène. De même, à partir d'un composé tel que le carbure d'aluminium, dont la formule est Al4C3, on obtient CH 4. Pourquoi pas C3H12, demandez-vous ? Après tout, l'ion a une charge de 12-. Le fait est que le nombre maximum d'atomes d'hydrogène est déterminé par la formule 2n + 2, où n est le nombre d'atomes de carbone. Cela signifie que seul un composé de formule C3H8 (propane) peut exister, et cet ion avec une charge de 12- se désintègre en trois ions avec une charge de 4-, qui donnent des molécules de méthane lorsqu'ils sont combinés avec des protons.
Les réactions d'oxydation des carbures sont intéressantes. Ils peuvent se produire à la fois lorsqu'ils sont exposés à de forts mélanges d'agents oxydants et lors d'une combustion ordinaire dans une atmosphère d'oxygène. Si tout est clair avec l'oxygène: on obtient deux oxydes, alors avec d'autres oxydants c'est plus intéressant. Tout dépend de la nature du métal entrant dans la composition du carbure, ainsi que de la nature de l'agent oxydant. Par exemple, le carbure de silicium, dont la formule est SiC, lorsqu'il interagit avec un mélange d'acides nitrique et fluorhydrique, forme de l'acide hexafluorosilicique avec dégagement de dioxyde de carbone. Et en effectuant la même réaction, mais avec uniquement de l'acide nitrique, nous obtenons de l'oxyde de silicium et du dioxyde de carbone. Les halogènes et les chalcogènes peuvent également être appelés agents oxydants. Tout carbure interagit avec eux, la formule de réaction ne dépend que de sa structure.
Les carbures métalliques, dont nous avons examiné les formules, sont loin d'être les seuls représentants de cette classe de composés. Nous allons maintenant examiner de plus près chacun des composés industriels importants de cette classe, puis parler de leur application dans nos vies.
Que sont les carbures ?
Il s'avère que le carbure, dont la formule, disons, CaC2, diffère considérablement de la structure de SiC. Et la différence réside principalement dans la nature de la liaison entre les atomes. Dans le premier cas, nous avons affaire à du carbure de type sel. Cette classe de composés est nommée ainsi car elle se comporte en fait comme un sel, c'est-à-dire qu'elle est capable de se dissocier en ions. Une telle liaison ionique est très faible, ce qui facilite la réalisation de la réaction d'hydrolyse et de nombreuses autres transformations, y compris les interactions entre ions.
Un autre type de carbure, peut-être plus important sur le plan industriel, est le carbure covalent, tel que SiC ou WC. Ils se caractérisent par une densité et une résistance élevées. Également réfractaire et inerte pour diluer les produits chimiques.
Il existe également des carbures de type métal. Ils peuvent plutôt être considérés comme des alliages de métaux avec du carbone. Parmi celles-ci, on peut distinguer, par exemple, la cémentite (carbure de fer dont la formule varie, mais en moyenne elle est approximativement la suivante: Fe3C) ou la fonte. Ils ont une activité chimique de degré intermédiaire entre les carbures ioniques et covalents.
Chacune de ces sous-espèces de la classe de composés chimiques dont nous parlons a sa propre application pratique. Comment et où postulerchacun, nous en parlerons dans la section suivante.
Application pratique des carbures
Comme nous l'avons déjà dit, les carbures covalents ont le plus large éventail d'applications pratiques. Il s'agit de matériaux abrasifs et de coupe, de matériaux composites utilisés dans divers domaines (par exemple, comme l'un des matériaux composant les gilets pare-balles), de pièces automobiles, d'appareils électroniques, d'éléments chauffants et d'énergie nucléaire. Et ce n'est pas une liste complète des applications pour ces carbures super durs.
Les carbures salifiants ont l'application la plus restreinte. Leur réaction avec l'eau est utilisée comme méthode de laboratoire pour produire des hydrocarbures. Nous avons déjà expliqué comment cela se produit ci-dessus.
Avec les carbures covalents, les carbures de type métal ont la plus large application dans l'industrie. Comme nous l'avons déjà dit, un tel type de composés métalliques dont nous discutons sont des aciers, des fontes et d'autres composés métalliques entrecoupés de carbone. En règle générale, le métal présent dans ces substances appartient à la classe des métaux d. C'est pourquoi il est enclin à former non pas des liaisons covalentes, mais, pour ainsi dire, à s'introduire dans la structure du métal.
À notre avis, les composés ci-dessus ont plus qu'assez d'applications pratiques. Voyons maintenant comment les obtenir.
Production de carbures
Les deux premiers types de carbures que nous avons examinés, à savoir covalents et salins, sont le plus souvent obtenus d'une manière simple: par la réaction de l'oxyde de l'élément et du coke à haute température. En même temps, une partiele coke, constitué de carbone, se combine avec un atome d'un élément entrant dans la composition de l'oxyde, et forme un carbure. L'autre partie "absorbe" l'oxygène et forme du monoxyde de carbone. Cette méthode est très consommatrice d'énergie, car elle nécessite de maintenir une température élevée (environ 1600-2500 degrés) dans la zone de réaction.
Des réactions alternatives sont utilisées pour obtenir certains types de composés. Par exemple, la décomposition d'un composé, qui donne finalement un carbure. La formule de réaction dépend du composé spécifique, nous n'en discuterons donc pas.
Avant de conclure notre article, discutons de quelques carbures intéressants et parlons-en plus en détail.
Connexions intéressantes
Carbure de sodium. La formule de ce composé est C2Na2. Cela peut être considéré davantage comme un acétylène (c'est-à-dire le produit du remplacement des atomes d'hydrogène dans l'acétylène par des atomes de sodium), plutôt que comme un carbure. La formule chimique ne reflète pas pleinement ces subtilités, elles doivent donc être recherchées dans la structure. C'est une substance très active et à tout contact avec l'eau, elle interagit très activement avec la formation d'acétylène et d'alcali.
Carbure de magnésium. Formule: MgC2. Les méthodes d'obtention de ce composé suffisamment actif sont intéressantes. L'un d'eux implique le frittage du fluorure de magnésium avec du carbure de calcium à haute température. En conséquence, deux produits sont obtenus: le fluorure de calcium et le carbure dont nous avons besoin. La formule de cette réaction est assez simple, et vous pouvez la lire dans la littérature spécialisée si vous le souhaitez.
Si vous n'êtes pas sûr de l'utilité du matériel présenté dans l'article, alors ce qui suitsection pour vous.
Comment cela peut-il être utile dans la vie ?
Eh bien, tout d'abord, la connaissance des composés chimiques ne peut jamais être superflue. Il est toujours préférable d'être armé de connaissances que d'être laissé sans elle. Deuxièmement, plus vous en savez sur l'existence de certains composés, mieux vous comprenez le mécanisme de leur formation et les lois qui leur permettent d'exister.
Avant de passer à la fin, je voudrais donner quelques recommandations pour l'étude de ce matériel.
Comment l'étudier ?
Très simple. C'est juste une branche de la chimie. Et cela devrait être étudié dans les manuels de chimie. Commencez par des informations sur l'école et passez à des informations plus approfondies à partir de manuels universitaires et d'ouvrages de référence.
Conclusion
Ce sujet n'est pas aussi simple et ennuyeux qu'il n'y paraît à première vue. La chimie peut toujours être intéressante si vous y trouvez votre raison d'être.
