Carbeto: fórmula, aplicação e propriedades

Muitos dos compostos químicos são conhecidos no mundo: cerca de centenas de milhões. E todos, como pessoas, são individuais. Não é possível encontrar duas substâncias que tenham as mesmas propriedades químicas e físicas para diferentes composições.

Uma das substâncias inorgânicas mais interessantes que existem no mundo são os carbonetos. Neste artigo, discutiremos sua estrutura, propriedades físicas e químicas, aplicamos e analisamos os detalhes de sua produção. Mas primeiro, um pouco sobre a história da descoberta.

História

Os carbonetos metálicos, cujas fórmulas daremos a seguir, não são compostos naturais. Isso se deve ao fato de que suas moléculas tendem a se desintegrar ao interagir com a água. Portanto, aqui vale a pena falar sobre as primeiras tentativas de sintetizar carbonetos.

Desde 1849, foram feitas referências à síntese de carboneto de silício, mas algumas dessas tentativas permanecem desconhecidas. A produção em grande escala começou em 1893 pelo químico americano Edward Acheson de uma maneira que depois foi nomeada após ele.

A história da síntese de carboneto de cálcio também não é muito diferente. Em 1862, ele recebeu um químico alemão, Friedrich Wöhler, aquecendo o zinco fundido e o cálcio com carvão.

Agora, vamos para seções mais interessantes: propriedades químicas e físicas. Afinal, eles são a essência da aplicação desta classe de substâncias.

Propriedades físicas

Absolutamente todos os carbonetos diferem em sua dureza. Por exemplo, uma das substâncias mais sólidas na escala de Mohs é o carboneto de tungstênio (9 dos 10 pontos possíveis). Além disso, essas substâncias são muito refratárias: o ponto de fusão de algumas delas atinge dois mil graus.

A maioria dos carbonetos é quimicamente inerte e interage com uma pequena quantidade de substâncias. Não são solúveis em nenhum solvente. No entanto, a interação com a água pode ser considerada como dissolução, com a destruição de ligações e a formação de um hidróxido de um metal e um hidrocarboneto.

A última reação e muitas outras transformações químicas interessantes envolvendo carbonetos serão discutidas na próxima seção.

Propriedades químicas

Quase todos os carbonetos reagem com a água. Alguns são fáceis e sem aquecimento (por exemplo, carboneto de cálcio) e alguns (por exemplo, carboneto de silício) – quando o vapor de água é aquecido a 1800 graus. A reatividade neste caso depende da natureza do vínculo no composto, sobre o qual falaremos mais tarde. Na reação com a água, formam-se diferentes hidrocarbonetos. Isso ocorre porque o hidrogênio contida na água está conectado ao carbono no carboneto. Para entender o tipo de hidrocarboneto obtido (ou ambos os compostos limitantes e insaturados podem ser obtidos), pode-se proceder da valência do carbono contido na substância inicial. Por exemplo, se temos carboneto de cálcio, a fórmula do qual é CaC2, vemos que contém o íon C ₂ ^2- . Isso significa que dois iões de hidrogênio com uma carga + podem ser anexados a ele. Assim, obtemos o composto C2H2-acetileno. Do mesmo modo, a partir de um composto tal como carboneto de alumínio, a fórmula de que é Al4C3, obtemos CH4. Por que não C ₃ H ₁₂ , você pergunta? Afinal, o íon tem uma carga de 12-. O fato é que o número máximo de átomos de hidrogênio é determinado pela fórmula 2n + 2, onde n é o número de átomos de carbono. Assim, só pode existir um composto com a fórmula C ₃ H ₈ (propano), e esse íon com uma carga de 12 decadências em três íons com uma carga de 4, que eles dão quando se combinam com os prótons da molécula de metano.

Interessantes são as reações de oxidação dos carbonetos. Podem ocorrer tanto sob a influência de fortes misturas de oxidantes quanto na combustão comum em atmosfera de oxigênio. Se com oxigênio tudo é claro: obtém-se dois óxidos, e com outros oxidantes é mais interessante. Tudo depende da natureza do metal que faz parte do carboneto, e também da natureza do oxidante. Por exemplo, o carboneto de silício, cuja fórmula de SiC, ao interagir com uma mistura de ácidos nítrico e hidrofluorico, forma ácido hexafluorosilícico com a emissão de dióxido de carbono. E ao realizar a mesma reação, mas com ácido nítrico sozinho, obtemos óxido de silício e dióxido de carbono. Os oxidantes também podem incluir halogênios e chalcógenos. Com eles, qualquer carboneto interage, a fórmula de reação depende apenas de sua estrutura.

Os carbonetos metálicos, cujas fórmulas consideramos, não são, de modo algum, os únicos representantes dessa classe de compostos. Agora vamos dar uma olhada em cada combinação industrialmente importante desta classe e depois falar sobre sua aplicação em nossa vida.

O que são os carbonetos?

Acontece que o carboneto, cuja fórmula, digamos, CaC2 _, difere em estrutura de SiC. E a diferença é principalmente na natureza do vínculo entre os átomos. No primeiro caso, estamos lidando com um carboneto de sal. Esta classe de compostos é chamada assim porque se comporta de fato como um sal, isto é, é capaz de se dissociar em íons. Essa ligação iónica é muito fraca, o que facilita a realização da reação de hidrólise e muitas outras transformações envolvendo interações entre íons.

Outro tipo de carboneto provavelmente mais importante são os carbonetos covalentes: como, por exemplo, SiC ou WC. Eles são caracterizados por alta densidade e força. Bem como refratário e inerte para diluir produtos químicos.

Existem também carbonetos semelhantes a metais. Eles podem ser considerados como ligas de metais com carbono. Entre estes, podemos distinguir, por exemplo, a cementite (carboneto de ferro, cuja fórmula varia, mas em média é aproximadamente a mesma: Fe ₃ C) ou ferro fundido. Eles têm atividade química, intermediários em seu grau entre carbonetos iónicos e covalentes.

Cada uma dessas subespécies da classe de compostos químicos que estamos discutindo tem sua aplicação prática. Sobre como e onde cada um deles se aplica, conversaremos na próxima seção.

Aplicação prática de carbonetos

Como já discutimos, os carbonetos covalentes possuem a maior variedade de aplicações práticas. Estes incluem materiais abrasivos e de corte e materiais compósitos utilizados em vários campos (por exemplo, como um dos materiais incluídos na armadura corporal) e autopeças, dispositivos eletrônicos, elementos de aquecimento e energia nuclear. E esta não é uma lista completa de aplicações desses carbonetos super-ferrosos.

O uso mais estreito é feito de carbonetos formadores de sal. Sua reação com a água é usada como método de laboratório para a obtenção de hidrocarbonetos. Como isso acontece, já desmontamos acima.

Juntamente com carbonetos covalentes, metal-like têm a aplicação mais larga na indústria. Como já dissemos, um tipo semelhante a um metal dos compostos que estamos discutindo são aços, ferros fundidos e outros compostos de metais com impregnações de carbono. Em regra, o metal contido em tais substâncias pertence à classe de d-metais. É por isso que ele está inclinado a formar vínculos não covalentes, mas, assim, a penetrar na estrutura do metal.

Na nossa opinião, há mais do que aplicações práticas suficientes para os compostos acima mencionados. Agora vamos dar uma olhada no processo de obtenção deles.

Produção de carbonetos

Os dois primeiros tipos de carbonetos que consideramos, nomeadamente covalentes e semelhantes a sal, são obtidos de uma maneira simples: por reação de óxido elementar e coca a alta temperatura. Ao mesmo tempo, uma parte da coca consistindo em carbono é combinada com o átomo do elemento no óxido e forma carboneto. A outra parte "pega" oxigênio e forma monóxido de carbono. Este método é muito intensivo em energia, uma vez que requer a manutenção de uma temperatura elevada (cerca de 1600-2500 graus) na zona de reação.

Para obter alguns tipos de compostos, são utilizadas reações alternativas. Por exemplo, a decomposição do composto, que eventualmente dá carboneto. A fórmula da reação depende do composto específico, então não vamos discutir isso.

Antes de completar nosso artigo, vamos discutir alguns carbonetos interessantes e falar sobre eles com mais detalhes.

Compostos interessantes

Carboneto de sódio. A fórmula para este composto é C ₂ Na ₂ . Isto pode ser mais provável representado como acetilide (isto é, o produto da substituição de átomos de hidrogênio em acetileno para átomos de sódio) e não o carboneto. A fórmula química não reflete completamente essas sutilezas, então elas devem ser procuradas na estrutura. É uma substância muito ativa e, em qualquer contato com a água, interage muito ativamente com ela para formar acetileno e álcali.

Carboneto de magnésio. Fórmula: MgC ₂ . Os métodos para obter este composto suficientemente activo são interessantes. Um deles sugere a sinterização de fluoreto de magnésio com carboneto de cálcio a alta temperatura. Como resultado, são obtidos dois produtos: fluoreto de cálcio e carboneto que precisamos. A fórmula para esta reação é bastante simples, e você pode, se quiser, lê-la em literatura especializada.

Se você não tem certeza sobre a utilidade do material no artigo, a próxima seção é para você.

Como isso pode ser útil na vida?

Bem, primeiro, o conhecimento de compostos químicos nunca pode ser supérfluo. É sempre melhor estar armado com conhecimento do que permanecer sem ele. Em segundo lugar, quanto mais você sabe sobre a existência de certos compostos, melhor você entende o mecanismo de sua formação e as leis que lhes permitem existirem.

Antes de ir ao fim, gostaria de dar algumas recomendações sobre o estudo deste material.

Como estudar isso?

É muito simples. Esta é apenas uma seção de química. E deve ser estudado de acordo com os livros didáticos de química. Comece com a informação da escola e continue em profundidade, a partir de livros de texto universitários e livros de referência.

Conclusão

Este tópico não é tão simples e chato quanto parece à primeira vista. A química sempre pode se tornar interessante se você encontrar seu objetivo nele.