Co je karbid a k čemu se používá?

Karbidy jsou skupinou anorganických sloučenin uhlíku s kovy, stejně jako s křemíkem nebo borem (protože tyto prvky vykazují kovové vlastnosti). Karbid vápníku je jednou z nejoblíbenějších látek v této skupině. Přečtěte si níže o vlastnostech a použití sloučeniny.

Historie příjmu

Karbid vápníku je sloučenina, která je široce používána v moderním průmyslu. V roce 1862 německý chemik Friedrich Wöhler poprvé syntetizoval molekulu této látky. Vyráběl karbid vápníku následujícím způsobem. Vědec připravil taveninu vápníku se zinkem a poté ji zahříval uhlím. Výsledkem byl karbid. Chemický vzorec sloučeniny je CaC₂. Průmyslovou metodu výroby karbidu navrhl vědec Moissan v roce 1892. Jiné názvy pro látku jsou acetylenid vápenatý nebo uhličitan vápenatý. Krystalová mřížka sloučeniny vypadá takto:

Fyzikální vlastnosti

Z hlediska fyzikálních vlastností je karbid vápníku krystalická látka s teplotou tání 2300 o C. Tento údaj platí pouze pro čistou sloučeninu. Nečistoty obsahující karbid mohou mít různé teploty tání. Základní stav agregace látky je pevný a barva se mění od šedé po hnědou.

Chemické vlastnosti

Karbid vápníku dobře absorbuje vodu. Tento proces je doprovázen chemickou rozkladnou reakcí. Je důležité, aby karbidový prach působil dráždivě na sliznice, kůži a dýchací orgány. Proto je při práci s připojením nutné používat plynové masky nebo respirátory proti prachu. Karbid vápníku reaguje s kyslíkem při vysokých teplotách za vzniku uhličitanu vápenatého. Reakce s dusíkem vede k syntéze kyanamidu vápenatého. Také při vysokých teplotách karbid vápníku reaguje s chlórem, fosforem a arsenem. Ale přesto je jednou z nejdůležitějších vlastností sloučeniny rozklad vodou.

Příjem

Výroba karbidu vápníku je následující. Smíchá se nehašené vápno a předem drcený koks. Výsledná směs se taví v elektrických pecích. Koks a oxid vápenatý se berou ve stejných hmotnostních dílech. Proces probíhá při teplotě 1900 o C. Tavenina opouští pec a následně je odlévána do speciálních forem. Poté se již ztvrdlý karbid vápníku drtí a třídí podle velikosti kusů. Granule látky jsou rozděleny do čtyř frakcí podle jejich velikostí: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, které jsou určeny GOST 1460-56. Technický karbid vápníku ve svém složení obsahuje 75-80% hlavní látky. Podíl nečistot, jako je uhlík, vápno a další, tvoří až 25 % z celkové hmoty výsledné směsi. Navíc sulfid vápenatý a fosfid vápenatý obsažené v technickém karbidu způsobují dosti nepříjemný zápach. Představme si reakci produkce CaC₂: CaO + 3C → CaC₂ + CO↑. Vznik acetylidu vápenatého je doprovázen absorpcí tepla. Proto je logické předpokládat, že k reakci jeho rozkladu naopak dochází s uvolňováním energie.

Přeprava a skladování

Vzhledem k tomu, že vlhkost okamžitě rozkládá karbid za uvolnění velkého množství tepla a vzniku výbušného acetylenu, musí být látka skladována v hermeticky uzavřených sudech nebo plechovkách. Je třeba mít na paměti, že acetylen je lehčí než vzduch a může se hromadit v horních oblastech místnosti. Tento plyn má kromě narkotického účinku schopnost samovolného vznícení. Proto musí být karbid vápníku používán s velkou opatrností. Zvláštní pozornost je ve výrobě věnována balení. Hotová hmota se umístí do speciálních bubnů (nádoby připomínající plechové dózy). Tento obal vyžaduje pečlivé otevření. V tomto případě je třeba použít nástroj, který nevede k tvorbě jisker (kladivo nebo speciální nůž). Pokud se karbid dostane na kůži nebo sliznice, okamžitě postižené místo opláchněte vodou a místo ošetřete vazelínou nebo mastným krémem. Přeprava spoje je realizována pouze krytými druhy dopravy. Dodávka karbidu vzduchem je zakázána. Prostory, kde je uložen CaS₂, musí být dobře větrané. Rovněž není dovoleno skladovat karbid společně s jinými chemikáliemi. To může vést k nechtěným a možná nebezpečným reakcím. Skladovatelnost karbidu je šest měsíců.

přihláška

Rozsah použití karbidu vápníku je extrémně široký. V první řadě jde o průmyslovou syntézu. Karbid vápníku se používá k výrobě syntetického kaučuku, kyseliny octové, acetonu, ethylenu, vinylchloridu a styrenu. Využití nachází také při výrobě kyanamidu vápenatého. Tato látka je cenná pro své použití při syntéze různých hnojiv a kyanidových látek. V zemědělství zná každý agronom název karbid-močovinový regulátor. Používá se k regulaci růstu rostlin. A k jeho výrobě se používá i karbid vápníku. Kromě toho tato sloučenina nachází použití v procesu výroby kyanamidu vápenatého. Tato reakce je založena na zahřívání karbidu vápníku dusíkem. Regenerace alkalických kovů také není úplná bez použití látky, kterou popisujeme. Karbid vápníku se také používá v procesu svařování plynem. Hojně se používají například karbidové výbojky. Princip jejich činnosti je založen na interakci karbidu s vodou ve speciální nádobě a spalování konečné reakční látky – acetylenu – na výstupu z aparatury. Podívejte se na fotografii karbidové lampy.

Výroba acetylenu

Jednou z nejdůležitějších aplikací karbidu vápníku je jeho použití při výrobě acetylenu. Zásluhu na objevu této metody má také německý chemik Friedrich Wöhler. Tento průmyslový proces je založen na rozkladné reakci karbidu pod vlivem vody. SaS_{2 +} 2 N.₂O → C₂Н₂ + Ca(OH)₂↓. Na výstupu vzniká acetylen a hašené vápno, které se vysráží. Proces je doprovázen uvolňováním velkého množství tepla. Objem uvolněného plynu závisí na tom, jak čistý je karbid vápníku použit pro reakci. Vzniklý acetylen může mít různý objem – 1 kg výchozí látky dokáže vyprodukovat od 235 do 290 litrů plynu. Co se týče rychlosti reakce, ta závisí jak na malém procentu nečistot v karbidu vápníku, tak na teplotě vody a také na její čistotě. Uvažujeme-li teoretickou reakci pro výrobu acetylenu z karbidu, pak na 1 kg karbidu stačí 560 ml vody. V praxi se však objem vody pro reakci zvyšuje. Na 1 kg karbidu vápníku za podmínek průmyslové syntézy je zapotřebí 5 až 20 litrů vody. Toto množství je nezbytné pro zajištění lepšího chlazení acetylenu a také pro zajištění optimální bezpečnosti během provozu. Níže je obrázek německého chemika Friedricha Wöhlera.

Laboratorní zkušenosti se získáváním acetylenu

Mnoho školních hodin chemie je obeznámeno s reakcí karbidu s vodou. Typicky tento experiment umožňuje demonstrovat reakci na produkci acetylenu, stejně jako jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Proces vyvíjení plynu probíhá poměrně rychle, proto se hadička, která odstraňuje acetylen z baňky s účinnými látkami, umístí do misky s vodou. To zajišťuje méně aktivní a rychlý pohyb plynu. Kromě toho lze v laboratorních podmínkách použít jinou metodu, aby rozkladová reakce sloučeniny, jako je karbid, nebyla příliš prudká. Acetylén přitom proudí rovnoměrně a klidně. Chcete-li to provést, místo vody musíte vzít nasycený roztok stolní soli. Také v laboratoři byste při provádění této reakce měli opatrně přidat vodu do karbidu umístěného v odměrné baňce a ne naopak.

Dětská zábava. Tak si karbid pamatuje mnoho lidí, zejména bývalých chlapců a nyní samozřejmě dospělých mužů.

Brali kameny ze stavebních trhů. Nekoupili to, ale místo toho to vytáhli ze skládek a ze zadních částí nákladních aut.

Kořist byla umístěna do lahví, naplněna vodou, uzavřena a protřepána. Nezbývalo než hodit kontejner a obdivovat výbuch.

Obdivovali jsme také bělavé bublinky, které karbid dával při pádu do louží. Komu však vděčí za takovou legraci, včerejší pacholci často nevěděli.

Co je karbid? Zkusme si odpovědět na otázku, která se nám v dětství zdála nedůležitá.

Co je karbid

Carbit – ne konkrétní látka, ale skupina sloučenin prvků s uhlíkem. Ten musí být elektronegativnější než jeho „soused“.

Toto je povinná podmínka, která vylučuje halogenidy a oxidy uhlíku ze skupiny karbidů.

Elektronegativita označuje schopnost atomu posouvat elektrony jiných látek směrem k sobě.

Elektronegativita uhlíku je 2,6. Toto jsou údaje z Paulingovy stupnice. Je postaven s ohledem na to, že iontové působení v kovalentní vazbě činí tuto vazbu silnější.

Ukazuje se, že elektronegativita druhých prvků v karbidech by měla být menší než 2,6.

Nejvhodnějšími prvky jsou kovy. Ale asi 15 % karbidů je neobsahuje.

Zevně jsou karbidy krystalické, obvykle bezbarvé, průhledné látky. Mají diamantový lesk.

Sloučeniny za ně vděčí uhlíku, který je základem nejen karbidů, ale i diamantů.

Ve skutečnosti jsou hrdiny článku diamanty, ve kterých jsou některé atomy nahrazeny jinými prvky.

Nechybí ani barevné duety s karbonem, např. karbid železa. Toto je známý cement. Barva spoje je šedá.

Vypne se vlastnosti karbidů se může lišit. Nesrovnalosti se budeme zabývat v kapitole „Typy“. Nyní se podívejme na obecné charakteristiky třídy sloučenin.

Vlastnosti karbidu

Mezi obecné vlastnosti karbidů patří tvrdost. Může to být více či méně, ale vždy nadprůměrné.

Někteří zástupci skupiny mají indikátor blízko korundu a diamantu. Jedná se o nejtvrdší minerály na Zemi.

Zvláště se vyznačovaly karbidy přechodových kovů. Jedná se o prvky vedlejších podskupin periodické tabulky. Všechny přechodné kovy mají elektrony v orbitalech daf.

Shrnuje karbidy a vysokou teplotu tání. Zpravidla je vyšší než u kovu obsaženého ve spoji.

Pokud je přechodné, měknutí může začít až při 3000 stupních Celsia.

Je zajímavé, že teplota tání stoupá spolu s číslem skupiny, do které patří „soused“ uhlíku.

Nejvíce žáruvzdorné jsou karbidy s prvky ze skupin 5-7 periodické tabulky.

Kde je karbid lze porozumět struktuře sloučenin. Jejich mřížky jsou často vadné.

To znamená, že existují odchylky od teoretického schématu, zlomy a posuny. To je důvod, proč se vlastnosti karbidů mohou lišit 100 nebo dokonce 1000krát od vlastností vypočítaných pomocí vzorců.

Mnohé sloučeniny této třídy jsou tedy odolné vůči korozi a jsou nerozpustné ve většině kyselin.

Druhy karbidů

Existují tři hlavní typy karbidů. První jsou kovalentní sloučeniny. Valence je predispozice k určitému počtu chemických vazeb.

Kovalentní vazba je překrývání valenčních oblaků různých prvků. To znamená, že tvoří společné elektronové páry. Právě ty tvoří základ kovalentních karbidů.

Kovalentní karbidy zahrnují karbidy pouze dvou prvků: bromu a křemíku. Obě sloučeniny jsou chemicky inertní. Jejich meziatomové vazby jsou silné.

V důsledku toho se karbidy skupiny obtížně taví – mřížka se nechce zbortit. Pevnost spoje činí oba spoje pevnými.

Karbid bromu dokonce soupeří s diamantem. Některé vzorky uhlíku poškrábou diamanty, což znamená, že jsou tvrdší než diamanty.

Karbid křemíku diamant „nevítězí“, ale má svých vlastních hodnotných 8 bodů na Mohsově stupnici.

Pouze kyselina fluorovodíková, koncentrovaná dusičná vodka a aqua regia rozpouštějí kovalentní karbidy. K oxidaci karbidů skupiny dochází pouze při zahřátí na 1000 stupňů.

Druhý typ karbidů je iontový. Říká se mu také solný. Všechny jsou tvořeny kovy 1. a 2. skupiny periodické tabulky.

Třída zahrnuje karbid hliníku. Sloučeniny skupiny se rozkládají nejen kyselinami, ale také vodou.

Oblázky, ze kterých se louže „vaří“, například – karbid vápníku. Ten je mimochodem dost jedovatý a může poleptat sliznice. Proč se dostává na stavební trhy, pochopíme v další kapitole.

Když iontové karbidy reagují s vodou, uvolňuje se vodík. V kapalině se tvoří a sráží hydroxid kovu.

Reakce probíhá rychle. Náhlé uvolnění vodíku na povrch vody způsobí stejné bublání.

Třetí typ karbidů je iontově-kovalentně-kovový, jednoduše kovový.

Takové sloučeniny jsou tvořeny prvky 4., 5., 6., 7. skupiny periodické tabulky. Výjimky: – karbidy niklu, kobaltu a železa.

Jestliže kovalentní karbidy mají nízkou chemickou aktivitu a iontové karbidy mají vysokou chemickou aktivitu, pak třetí typ sloučeniny má průměrnou aktivitu.

Molekulární struktura je pozoruhodná. Jejich základem jsou atomy kovů. Atomy uhlíku jsou umístěny v dutinách mezi nimi.

Proto např. Wolfram karbid nazývané vložené. To znamená, že uhlík pronikl do krystalové mřížky kovu.

Tato struktura poskytuje rekordní pevnost a vysoký bod tání. Další známou sloučeninou skupiny je karbid titanu.

Aplikace karbidu

Karbid titanu se stal základem pro bezwolframové, ale stejně tvrdé slitiny.

Kromě toho směs slouží jako povlak na nářadí, hlavně průmyslové a stavební.

Tento nástřik minimalizuje opotřebení dílů a umožňuje jim zpracovávat i ty nejtvrdší materiály.

Karbid křemíku se také používá jako brusivo. V přírodní formě, kterou je minerál moissanit, je sloučenina klenotníky ceněna, navíc vyšší než kubická zirkonie, která je vzhledově i vlastnostmi podobná.

Pro svářečské práce je nutný karbid vápníku. Ze sloučeniny, kterou získáme acetylén. Karbid slouží jako jeho zdroj a zároveň jako palivo pro kyslíkové svářečky.

Acetylen je plyn. K ovládání zařízení stačí jeden. Ale také existuje voda. Karbid vápníku vstoupí s ní do prudké reakce.

Výsledkem jsou nejen bublinky, které mají děti rády, ale také hojnost tepla – další zdroj energie.

Karbid boru používá se jako žáruvzdorný. Teplota tání sloučeniny je téměř 2500 stupňů.

Síla karbidu umožňuje jeho přidání do neprůstřelné vesty. Materiál dokáže chránit nejen před střelami, ale i před zářením.

Proto jedna z odpovědí na otázku zní kde sehnat karbid bór – v ochranných clonách, které blokují záření.

Seznam karbidů a jejich role ve společnosti by mohl zabrat mnoho stran. Existuje několik desítek sloučenin a každá z nich má své použití a více než jedno. Neexistuje žádné jednotné schéma výroby karbidů.

Budeme se muset omezit na obecné fráze. Obsahují však také spoustu užitečných informací.

Příprava karbidů

Většina karbidů se spíše vyrábí než těží. První syntéza byla provedena na počátku 19. století.

Angličan jménem Davy obdržel karbid draselný. V roce 1863 vznikl karbid mědi.

Ukázalo se, že je nestabilní, na rozdíl od třetí syntetizované sloučeniny uhlíku a železa.

Při pohledu na prototypy to vědci nemohli pochopit kde najít karbid mimo laboratoře.

Minerály, ve kterých jsou kovy kombinovány s uhlíkem, byly objeveny teprve na počátku 20. století.

Kromě moissanitu našli geologové cohenit – směs karbidu kobaltu s niklem a železem.

Soudě podle data objevu karbidových minerálů nejsou běžné.

V průmyslovém měřítku se proto hrdinové článku stále syntetizují. Hmotnost karbidu lze získat například z dřevěného uhlí a oxidů kovů.

Jsou přeměněny na karbidy pomocí elektrického oblouku a elektrické pece.

Cena karbidu

Kupte si karbid vápníku Nabízejí to za asi 40-90 rublů za kilogram. Kombinace uhlíku a boru stojí od 100 rublů za kilogram.

Kupte si karbid křemík je nabízen za přibližně 160 rublů za 1000 gramů.

Ale za kilogram karbidu hafnia budete muset zaplatit asi 21 000 rublů, navíc za velkoobchodní nákupy.

To znamená, že náklady na materiál do značné míry závisí na kovu nebo nekovu, který je v něm přítomen. Existuje dokonce karbid zlata.

Mimochodem, je schopen explodovat pouhým nasypáním prášku. Takže ani za vysokou cenu není dodávka surovin ke spotřebiteli snadný úkol.