Karbid

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Karbidon a kémiában általában a fémek szénnel alkotott vegyületeit értjük. Tulajdonképpen csak a nemesgázoknak és a nemfémes elemeknek nincsen karbidjuk. Jól ismertek az alkáli- és alkáliföldfémek (pl.: kalcium-karbid) valamint az átmeneti fémek, valamint a lantanoidák és aktinoidák szénnel alkotott vegyületei. A félfémek közül az alumíniummal, szilíciummal, bórral és berilliummal alkot vegyületet a szén.


Tartalomjegyzék

[szerkesztés] Karbidvegyületek

Formálisan a karbidok mind a szén vegyületei, de a kémiai kötések alapján három típusukat különböztetjük meg:

  • tetrafunkciós C-atomot tartalmazó karbidok, más néven metidek. A szén ezekben a vegyületekben C4- formában van jelen. Ilyen pl. az alumínium-karbid (Al4C3). A karbidion (C4-) hidrogénnel alkotott vegyülete a metán (CH4).
  • a bi- és trifunkciós C2-atomcsoportot tartalmazó karbidok. Az atomcsoporton belüli két szénatom hármas kötésekkel kapcsolódik egymáshoz. Az acetilidion (C22-) vegyületei az acetilidek, melyeket a gyakorlatban azonban szintén karbidoknak nevezünk. Az acetilidion hidrogénnel alkotott vegyülete az acetilén (C2H2).
  • fémrácsba beépülő (interszticiális) szénatomok. Ezek a karbidok tulajdonképpen ötvözetek.

(A felsoroltakon kívül más karbidcsoportok is léteznek, de ezeket a fentiekből le lehet vezetni.)


[szerkesztés] Kovalens karbidok

Csak a bór (B4C) és a szilícium (SiC) karbidja tartozik ide. Mindkettő kovalens kötésű atomrácsokat képez, igen nagy szilárdságú és magas olvadáspontú vegyületek. Szerkezetük és ezáltal keménységük a gyémánthoz hasonlít. Ha ezek a vegyületek szennyező atomokat v. szénfelesleget tartalmaznak, félvezetővé válnak.


[szerkesztés] Sószerű karbidok

A legtöbb karbid ebbe a csoportba tartozik. Ezek a karbidok víz vagy sav hatására hidrolizálnak, belőlük a karbidiontól függően acetilén vagy metán fejlődik. Jó példa erre a kalcium-karbid (avagy kalcium-acetilid) és víz reakciója, mely során acetilén és kalcium-hidroxid keletkezik:


\mathrm{CaC_2 + 2H_2O \Rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2}\,\!


Az alumínium- és a berillium karbidjai a kovalens karbidokhoz hasonlítanak térszerkezetükben és keménységükben. Savakkal, lúgokkal és vízzel azonban ezek is reagálnak (ellentétben a kovalens karbidokkal), miközben metán keletkezik:


\mathrm{Al_4C_3 + 12H_2O \Rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4}\,\!


[szerkesztés] Interszticiális karbidok

Az elnevezés a fémrácsok hézagai közé ékelődő szénatomokra utal. Jellemzően az átmenetifémek karbidjai ilyenek, jelentősen megváltoztatva azok tulajdonságait, tulajdonképpen ötvözetet alakítva ki. Ilyen karbid és fém (Fe) ötvözete a közismert acél is, illetve további fémekkel (pl: Cr, Mo, V, Mn, W, Ni, Co ) történő ötvözetei.

A vas-karbid (Fe3C, cementit) igen kemény, magas olvadáspontú vegyület, de már vízben is hidrolizál (a fentiek szerint).

Az úgynevezett tűzálló karbidok (pl.: titán, vanádium, volfrám, molibdén stb. karbidja) szintén igen kemények (Mohs 8-10), magas olvadáspontúak, és a kémiai hatásoknak is jobban ellenállnak.

[szerkesztés] "Szerves" karbidok

A karbidok különleges szerepet foglalnak el a szerves és szervetlen kémia határán. Míg maguk a fém-karbidok szervetlen vegyületnek számítanak, és az előállításuk is tisztán szervetlen vegyületekből történhet, addig a fenti reakciók során keletkező szénhidrogének (pl.: acetilén, metán) már nem csak a szervetlen kémia, hanem a szerves kémia tárgykörébe is tartoznak. Azaz tisztán szervetlen anyagokból (mészkő, szén, víz) a szerves kémia tárgykörébe is eső vegyületet lehet előállítani.


[szerkesztés] Előállításuk

A karbidok előállítása különbözőképpen történhet. Az ionos vegyületek gyártása magas hőmérsékleten, jellemzően ívkemencében történik (pl.: kalcium-karbid gyártása.)

Az átmenetifém-karbidok szintén magas hőmérsékleten alakulnak ki (lásd acélgyártás).


[szerkesztés] Jelentőségük

Lásd fenn: acetiléngyártás, ötvözetek, gép- és acélipar