كربيد

الموسوعة الحرة
البنية الشبكية لكربيد التيتانيوم

في الكيمياء ، يشير مصطلح الكربيد عادةً إلى مركب يتكون من الكربون والمعادن. وفي علم المعادن ، يعتبر الكربيد أو التكرير عملية إنتاج طلاءات الكربيد على قطعة معدنية. [1]

الكربيدات الخلالية / المعدنية

مطاحن نهاية كربيد التنغستن

غالبًا ما توصف كربيدات المعادن الانتقالية للمجموعة 4 و5 و6 (باستثناء الكروم) بأنها مركبات بينية . [2] تتمتع هذه الكربيدات بخصائص معدنية وهي مقاومة للحرارة . يُظهر بعضها مجموعة من النسب المتكافئة ، كونها مزيجًا غير متكافئ من الكربيدات المختلفة الناشئة بسبب عيوب البلورات . بعضها، بما في ذلك كربيد التيتانيوم وكربيد التنغستن ، مهم صناعيًا ويُستخدم لتغليف المعادن في أدوات القطع. [3]

الرأي السائد منذ فترة طويلة هو أن ذرات الكربون تتناسب مع الفراغات الثمانية السطوح في شبكة معدنية مضغوطة عندما يكون نصف قطر ذرة المعدن أكبر من حوالي 135 بيكومتر: [2]

  • عندما تكون ذرات المعدن متراصة بشكل مكعب ، (ccp)، فإن ملء جميع الفراغات الثمانية السطوح بالكربون يحقق نسبة 1:1 مع بنية ملح الصخور . [4]
  • عندما تكون ذرات المعدن متراصة بشكل سداسي ، (hcp)، حيث تقع الفراغات الثماني السطوح مقابل بعضها البعض مباشرة على جانبي طبقة ذرات المعدن، فإن ملء واحدة فقط من هذه الفراغات بالكربون يحقق نسبة 2:1 مع بنية CdI 2. [4]

يوضح الجدول التالي [2] [3] هياكل المعادن وكربيداتها. (ملاحظة: الهيكل المكعب ذو مركز الجسم الذي تبناه الفاناديوم والنيوبيوم والتنتالوم والكروم والموليبدينوم والتنجستن ليس شبكة مضغوطة بإحكام.) يشير الترميز "h/2" إلى هيكل من النوع M 2 C الموصوف أعلاه، وهو وصف تقريبي فقط للهياكل الفعلية. يمكن اعتبار الرأي البسيط القائل بأن شبكة المعدن النقي "تمتص" ذرات الكربون غير صحيح لأن تعبئة شبكة ذرات المعدن في الكربيدات تختلف عن التعبئة في المعدن النقي، على الرغم من أنه من الناحية الفنية صحيح أن ذرات الكربون تتناسب مع الفراغات الثمانية السطوح لشبكة معدنية مضغوطة بإحكام.

معدن بنية المعدن النقي نصف القطر المعدني
(بالدقيقة)
تعبئة ذرات المعادن MC		 بنية MC تعبئة ذرات المعدن M 2 C
 هيكل م 2 ج كربيدات أخرى
التيتانيوم إتش سي بي 147 الحزب الشيوعي الصيني ملح صخري
الزركونيوم إتش سي بي 160 الحزب الشيوعي الصيني ملح صخري
الهافنيوم إتش سي بي 159 الحزب الشيوعي الصيني ملح صخري
الفاناديوم نسخة مخفية 134 الحزب الشيوعي الصيني ملح صخري إتش سي بي ح/2 ف 4 ج 3
النيوبيوم نسخة مخفية 146 الحزب الشيوعي الصيني ملح صخري إتش سي بي ح/2 ملاحظة 4 ج 3
التنتالوم نسخة مخفية 146 الحزب الشيوعي الصيني ملح صخري إتش سي بي ح/2 تا 4 ج 3
الكروم نسخة مخفية 128 كر 23 ج 6 ، كر 3 ج،
كر 7 ج 3 ، كر 3 ج 2
الموليبدينوم نسخة مخفية 139 سداسي الشكل إتش سي بي ح/2 مو 3 ج 2
التنغستن نسخة مخفية 139 سداسي الشكل إتش سي بي ح/2

لفترة طويلة كان يُعتقد أن المراحل غير المتكافئة كانت مضطربة بسبب ملء الفراغات بشكل عشوائي، ومع ذلك فقد تم اكتشاف ترتيب على مدى قصير وطويل. [5]

يشكل الحديد عددًا من الكربيدات، Fe3C و Fe7C3 و Fe2C . وأشهرها السمنتيت ، Fe3C ، الموجود في الفولاذ. هذه الكربيدات أكثر تفاعلية من الكربيدات الخلالية ؛ على سبيل المثال، يتم تحلل كربيدات الكروم والمنجنيز والحديد والكوبالت والنيكل بواسطة أحماض مخففة وأحيانًا بالماء ، لإعطاء خليط من الهيدروجين والهيدروكربونات. تشترك هذه المركبات في سمات مع كل من الكربيدات الخلالية الخاملة والكربيدات الشبيهة بالملح الأكثر تفاعلية. [2]

يُعتقد أن بعض المعادن، مثل الرصاص والقصدير ، لا تشكل كربيدات تحت أي ظرف من الظروف. [6] ومع ذلك، يوجد كربيد التيتانيوم والقصدير المختلط، وهو موصل ثنائي الأبعاد. [7]

التصنيف الكيميائي للكربيدات

يمكن تصنيف الكربيدات بشكل عام حسب نوع الروابط الكيميائية على النحو التالي:

  1. شبيه بالملح (أيوني)،
  2. المركبات التساهمية
  3. المركبات الخلالية ، و
  4. كربيدات المعادن الانتقالية "الوسيطة" .

تشمل الأمثلة كربيد الكالسيوم (CaC 2 ) وكربيد السيليكون (SiC ) وكربيد التنغستن (WC ؛ غالبًا ما يُطلق عليه ببساطة كربيد عند الإشارة إلى الأدوات الآلية) والسمنتيت ( Fe 3 C) [2] كل منها يستخدم في التطبيقات الصناعية الرئيسية. تسمية الكربيدات الأيونية ليست منهجية.

كربيدات شبيهة بالملح / ملحية / أيونية

تتكون الكربيدات الشبيهة بالملح من عناصر عالية الإيجابية الكهربية مثل الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية واللانثانيدات والأكتينيدات ومعادن المجموعة 3 ( السكانديوم والإتريوم واللوتيتيوم ). يشكل الألومنيوم من المجموعة 13 الكربيدات ، لكن الجاليوم والإنديوم والثاليوم لا يشكلونها. تتميز هذه المواد بمراكز كربون معزولة، غالبًا ما توصف بأنها "C 4− " ، في الميثانيدات أو الميثيدات؛ وحدات ثنائية الذرة، " C 4− "2-2"، في الأسيتيليدات ؛ ووحدات ثلاثية الذرات، " C4-3"، في الأليليدات. [2] مركب تداخل الجرافيت KC 8 ، المحضر من بخار البوتاسيوم والجرافيت، ومشتقات الفلزات القلوية C 60 لا يتم تصنيفها عادةً على أنها كربيدات. [8]

الميثانيدات

الميثانيدات هي مجموعة فرعية من الكربيدات تتميز بميلها للتحلل في الماء مما ينتج عنه الميثان . ثلاثة أمثلة هي كربيد الألومنيوم Al4C3 وكربيد المغنيسيوم Mg2C [ 9 ] وكربيد البريليوم Be2C .

لا تحتوي كربيدات المعادن الانتقالية على الأملاح: حيث يكون تفاعلها مع الماء بطيئًا للغاية وعادةً ما يتم إهماله. على سبيل المثال، اعتمادًا على مسامية السطح، يتم تحلل 5-30 طبقة ذرية من كربيد التيتانيوم ، مما يؤدي إلى تكوين الميثان في غضون 5 دقائق في ظل الظروف المحيطة، يليه تشبع التفاعل. [10]

لاحظ أن الميثانيد في هذا السياق هو اسم تاريخي تافه. وفقًا لاتفاقيات التسمية المنهجية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، فإن مركبًا مثل NaCH 3 يُطلق عليه اسم "ميثانيد"، على الرغم من أن هذا المركب يُطلق عليه غالبًا اسم ميثيل الصوديوم. [11] راجع مجموعة الميثيل#أنيون الميثيل لمزيد من المعلومات حول CH-3أنيون.

الأسيتيلدات/الإيثينيدات

كربيد الكالسيوم

من المفترض أن العديد من الكربيدات هي أملاح لأنيون الأسيتيل C2-2(وتسمى أيضًا فوق الكربيد، قياسًا على البيروكسيد )، والتي تحتوي على رابطة ثلاثية بين ذرتي الكربون. تشكل المعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية والمعادن اللانثانيدية أسيتيليدات، على سبيل المثال، كربيد الصوديوم Na2C2 وكربيد الكالسيوم CaC2 و LaC2 . [ 2 ] تشكل اللانثانيدات أيضًا كربيدات (سيسيكويكربيدات، انظر أدناه) بالصيغة M2C3 . تميل المعادن من المجموعة 11 أيضًا إلى تكوين أسيتيليدات، مثل أسيتيليد النحاس (I) وأسيتيليد الفضة . توصف كربيدات عناصر الأكتينيد ، التي لها نسبة تكافؤ MC2 و M2C3 ، أيضًا بأنها مشتقات شبيهة بالملح من C2-2.

يتراوح طول الرابطة الثلاثية C–C من 119.2 بيكومتر في CaC 2 (مشابه للإيثين)، إلى 130.3 بيكومتر في LaC 2 و134 بيكومتر في UC 2. وقد تم وصف الرابطة في LaC 2 من حيث La III مع الإلكترون الإضافي الذي تم نقله إلى المدار المضاد للترابط على C2-2، موضحًا التوصيل المعدني. [2]

الأليليدات

الأيون متعدد الذرات C4-3يوجد الأيون، الذي يُسمى أحيانًا أليليد، في Li4C3 و Mg2C3 . الأيون خطي ومتساوي إلكترونيًا مع CO2 . [ 2 ] تبلغ المسافة بين C-C في Mg2C3 133.2 بيكومتر . [ 12 ] ينتج Mg2C3 ميثيل أسيتيلين ، CH3CCH ، وبروباديين ، CH2CCH2 ، عند التحلل المائي، وهو أول مؤشر على احتوائه على C 4-3.

الكربيدات التساهمية

توصف كربيدات السيليكون والبورون بأنها "كربيدات تساهمية"، على الرغم من أن جميع مركبات الكربون تقريبًا تظهر بعض السمات التساهمية. يحتوي كربيد السيليكون على شكلين بلوريين متشابهين، وكلاهما مرتبط ببنية الماس. [2] من ناحية أخرى، يحتوي كربيد البورون ، B 4 C، على بنية غير عادية تتضمن وحدات بورونية عشرينية السطوح مرتبطة بذرات الكربون. في هذا الصدد ، يشبه كربيد البورون البوريدات الغنية بالبورون . كل من كربيد السيليكون (المعروف أيضًا باسم الكربوروندوم ) وكربيد البورون مواد صلبة للغاية ومقاومة للحرارة . كلتا المادتين مهمتان صناعيًا. يشكل البورون أيضًا كربيدات تساهمية أخرى، مثل B 25 C.

الكربيدات الجزيئية

المركب [Au 6 C(PPh 3 ) 6 ] 2+ ، يحتوي على نواة من الكربون والذهب

تُعرف المركبات المعدنية المحتوية على C باسم مركبات كربيد المعادن . وأكثرها شيوعًا هي مجموعات ثماني السطوح ذات مركز الكربون، مثل [Au 6 C(P Ph 3 ) 6 ] 2+ (حيث يمثل "Ph" مجموعة فينيل ) و[Fe 6 C(CO) 6 ] 2− . تُعرف الأنواع المماثلة للكربونيلات المعدنية وهاليدات المعادن المبكرة. تم عزل عدد قليل من الكربيدات الطرفية، مثل [CRuCl 2 {P(C 6 H 11 ) 3 } 2 ] .

الكربوهيدرينات الميتالوكربوهيدرينات (أو "ميت-كارز") هي مجموعات مستقرة لها الصيغة العامة M 8 C 12 حيث M هو معدن انتقالي (Ti، Zr، V، إلخ).

بالإضافة إلى الكربيدات، توجد مجموعات أخرى من المركبات الكربونية ذات الصلة: [2]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ كونست ، هيلموت. هاس، بريجيت. مالوي، جيمس C.؛ ويتيل، كلاوس. نيسلر، مونتيا C .؛ نيكول، أندرو ر. ارنينغ، أولريش. روشر، جيرهارد (2006). "المعادن، المعالجة السطحية". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى :10.1002/14356007.a16_403.pub2. رقم ISBN 978-3527306732.
  2. ^ abcdefghijk Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press . ص. 318-322. ISBN 978-0-08-022057-4.
  3. ^ ab Peter Ettmayer; Walter Lengauer (1994). "Carbides: transition metal solid state chemistry". في R. Bruce King (محرر). موسوعة الكيمياء غير العضوية . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-471-93620-6.
  4. ^ ab Zhu, Qinqing; Xiao, Guorui; Cui, Yanwei; Yang, Wuzhang; Wu, Siqi; Cao, Guang-Han; Ren, Zhi (2021-10-15). "توسع الشبكة المتباينة الخواص وتعزيز الموصلية الفائقة الناتجة عن التشويب بالكربون الخلالي في الرينيوم". مجلة السبائك والمركبات . 878 : 160290. doi : 10.1016/j.jallcom.2021.160290. ISSN  0925-8388.
  5. ^ CH de Novion؛ JP Landesman (1985). "النظام والاضطراب في كربيدات ونيتريدات المعادن الانتقالية: الجوانب التجريبية والنظرية". Pure Appl. Chem . 57 (10): 1391. doi : 10.1351/pac198557101391 . S2CID  59467042.
  6. ^ جون بيرسي (1870). علم المعادن في الرصاص، بما في ذلك إزالة الصبغة والتكعيب. لندن: ج. موراي. ص. 67. تم الاسترجاع في 2013-04-06 .
  7. ^ YC Zhou؛ HY Dong؛ BH Yu (2000). "تطوير ألواح كربيد التيتانيوم والقصدير ثنائية الأبعاد (Ti2SnC) بناءً على التحقيق في البنية الإلكترونية". ابتكارات أبحاث المواد . 4 (1): 36-41. Bibcode :2000MatRI...4...36Z. doi :10.1007/s100190000065. S2CID  135756713.
  8. ^ شرايفر وأتكينز - الكيمياء غير العضوية
  9. ^ OO Kurakevych؛ TA Strobel؛ DY Kim؛ GD Cody (2013). "تخليق Mg2C: ميثانيد المغنيسيوم". Angewandte Chemie International Edition . 52 (34): 8930–8933. doi :10.1002/anie.201303463. PMID  23824698.
  10. ^ AI Avgustinik؛ GV Drozdetskaya؛ SS Ordan'yan (1967). "تفاعل كربيد التيتانيوم مع الماء". علم المعادن المساحيق والسيراميك المعدني . 6 (6): 470-473. doi :10.1007/BF00780135. S2CID  134209836.
  11. ^ فايس، إروين؛ كوربيلين، سيغفريد. كوكروفت، جيريمي كارل؛ فيتش، أندرو نيكولاس (1990). "Über Metallalkyl- und -aryl-Verbindungen، 44 Darstellung and Struktur von Methylnatrium. Strukturbestimmung an NaCD3-Pulvern bei 1.5 and 300 K durch Neutronen- und Synchrotronstrahlenbeugung". كيميش بيريشت . 123 (8): 1629-1634. دوى :10.1002/cber.19901230807. ISSN  0009-2940.
  12. ^ Fjellvag H.؛ Pavel K. (1992). "البنية البلورية لكربونات المغنيسيوم الثنائية". Inorg. Chem . 31 (15): 3260. doi :10.1021/ic00041a018.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbide&oldid=1252749253"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate