Карбиды – химические соединения углерода с металлами. Обзор: состав, свойства (металлические, щелочные, редкоземельные), процессы карбирования и виды структур.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Группа неорганических соединений
Inorganic compound group
В химии карбид обычно обозначает соединение, состоящее из углерода и металла. В металлургии карбидирование или карбуризация — это процесс нанесения карбидных покрытий на металлические детали.
In chemistry, a carbide usually describes a compound composed of carbon and a metal. In metallurgy, carbiding or carburizing is the process for producing carbide coatings on a metal piece.
Карбиды солеподобные / солевые / ионные
Соли, подобные карбидам, состоят из высокоэлектроположительных элементов, таких как щелочные металлы, щелочноземельные металлы, лантаноиды, актиниды и металлы 3-й группы (скандий, иттрий и лютеций). Алюминий из 13-й группы образует карбиды, но галлий, индий и таллий – нет. Эти материалы характеризуются изолированными углеродными центрами, часто описываемыми как "C4−" в метанидах или метидах; двух-атомными единицами, "|C2(2)|", в ацетилидах; и трех-атомными единицами, "|C3(4)|", в аллилидах.
Salt like carbides are composed of highly electropositive elements such as the alkali metals, alkaline earth metals, lanthanides, actinides, and group 3 metals (scandium, yttrium, and lutetium). Aluminium from group 13 forms carbides, but gallium, indium, and thallium do not. These materials feature isolated carbon centers, often described as "C4−", in the methanides or methides; two atom units, "|C2(2 )", in the acetylides; and three atom units, "|C3(4 )", in the allylides.
Метаноиды
Метаниды — это подмножество карбидов, отличающееся склонностью к разложению в воде с образованием метана. Три примера — карбид алюминия Al₄C₃, карбид магния Mg₂C и карбид бериллия Be₂C. Карбиды переходных металлов не являются солеобразными: их реакция с водой очень медленная и обычно ею пренебрегают. Например, в зависимости от пористости поверхности, 5–30 атомных слоёв карбида титана гидролизуются, образуя метан в течение 5 минут при комнатных условиях, после чего реакция насыщается. Следует отметить, что в данном контексте «метанид» — это устаревшее историческое название. Согласно систематической номенклатуре IUPAC, соединение, такое как NaCH₃, должно называться «метанидом», хотя это соединение чаще называют метилнатрием. Подробнее об анионе CH₃ можно узнать в разделе «Метильная группа» → «Метильный анион».
Methanides are a subset of carbides distinguished by their tendency to decompose in water producing methane. Three examples are aluminium carbide |Al4C3, magnesium carbide |Mg2C and beryllium carbide |Be2C. Transition metal carbides are not saline: their reaction with water is very slow and is usually neglected. For example, depending on surface porosity, 5–30 atomic layers of titanium carbide are hydrolyzed, forming methane within 5 minutes at ambient conditions, following by saturation of the reaction. Note that methanide in this context is a trivial historical name. According to the IUPAC systematic naming conventions, a compound such as NaCH3 would be termed a "methanide", although this compound is often called methylsodium. See Methyl group#Methyl anion for more information about the |CH3 anion.
Ацетилиды/этиноиды
Предполагается, что некоторые карбиды являются солями ацетилидного аниона |C2(2–) (также называемого перкарбидом по аналогии с пероксидом), который имеет тройную связь между двумя атомами углерода. Ацетилиды образуют щелочные металлы, щелочноземельные металлы и лантаноиды, например, карбид натрия Na2C2, карбид кальция CaC2 и LaC2. Гидролиз |Mg2C3 дает метилацетилен, CH3CCH, и пропадиен, CH2CCH2, что было первым указанием на содержание в нем |C3(4–).
Several carbides are assumed to be salts of the acetylide anion |C2(2–) (also called percarbide, by analogy with peroxide), which has a triple bond between the two carbon atoms. Alkali metals, alkaline earth metals, and lanthanoid metals form acetylides, for example, sodium carbide Na2C2, calcium carbide CaC2, and LaC2. |Mg2C3 yields methylacetylene, CH3CCH, and propadiene, CH2CCH2, on hydrolysis, which was the first indication that it contains |C3(4−).
Ковалентные карбиды
Карбиды кремния и бора описываются как "ковалентные карбиды", хотя практически все соединения углерода проявляют некоторую ковалентную природу. У карбида кремния существует две схожие кристаллические формы, обе из которых связаны с алмазной структурой. Карбид бора, B4C, напротив, обладает необычной структурой, включающей икосаэдрические фрагменты бора, соединенные атомами углерода. В этом отношении карбид бора аналогичен боридам с высоким содержанием бора. Как карбид кремния (также известный как карборундум), так и карбид бора – очень твердые и огнеупорные материалы. Оба материала имеют важное промышленное значение. Бор также образует другие ковалентные карбиды, например, B25C.
The carbides of silicon and boron are described as "covalent carbides", although virtually all compounds of carbon exhibit some covalent character. Silicon carbide has two similar crystalline forms, which are both related to the diamond structure. Boron carbide, B4C, on the other hand, has an unusual structure which includes icosahedral boron units linked by carbon atoms. In this respect boron carbide is similar to the boron rich borides. Both silicon carbide (also known as carborundum) and boron carbide are very hard materials and refractory. Both materials are important industrially. Boron also forms other covalent carbides, such as B25C.
Молекулярные карбиды
Металлические комплексы, содержащие углерод, известны как металлокарбидокомплексы. Наиболее распространены октаэдрические кластеры с углеродным центром, такие как [Au6C(PPh3)6]2+ (где "Ph" обозначает фенильную группу) и [Fe6C(CO)6]2−. Подобные соединения известны для карбонилов металлов и галогенидов ранних металлов. Было выделено несколько терминальных карбидов, например, [CRuCl2{P(C6H11)3}2]. Металлокарбоэдрины (или "мет-кары") – это стабильные кластеры общей формулы M8C12, где M – переходный металл (Ti, Zr, V и т.д.).
Metal complexes containing C are known as metal carbido complexes. Most common are carbon centered octahedral clusters, such as |[Au6C(PPh3)6](2+) (where "Ph" represents a phenyl group) and [Fe6C(CO)6]2−. Similar species are known for the metal carbonyls and the early metal halides. A few terminal carbides have been isolated, such as |[CRuCl2{P(C6H11)3}2]. Metallocarbohedrynes (or "met cars") are stable clusters with the general formula |M8C12 where M is a transition metal (Ti, Zr, V, etc. ).