Muitos compostos químicos diferentes são conhecidos no mundo: cerca de centenas de milhões. E todos eles, como as pessoas, são individuais. É impossível encontrar duas substâncias que tenham as mesmas propriedades químicas e físicas com composição diferente.
Uma das substâncias inorgânicas mais interessantes que existem no mundo são os carbonetos. Neste artigo, discutiremos sua estrutura, propriedades físicas e químicas, aplicações e analisaremos os meandros de sua produção. Mas antes, um pouco sobre a história da descoberta.
Histórico
Carbetos metálicos, cujas fórmulas daremos abaixo, não são compostos naturais. Isso se deve ao fato de que suas moléculas tendem a se decompor ao interagir com a água. Portanto, vale a pena falar sobre as primeiras tentativas de sintetizar carbonetos aqui.
A partir de 1849 há referências à síntese de carbeto de silício, mas algumas dessas tentativas permanecem desconhecidas. A produção em larga escala começou em 1893 pelo químico americano Edward Acheson em um processo que mais tarde recebeu seu nome.
A história da síntese do carbeto de cálcio também não difere em grande quantidade de informações. Em 1862, o químico alemão Friedrich Wöhler o obteve aquecendo ligas de zinco e cálcio com carvão.
Agora vamos para seções mais interessantes: química epropriedades físicas. Afinal, é neles que reside toda a essência do uso dessa classe de substâncias.
Propriedades físicas
Absolutamente todos os carbonetos se distinguem por sua dureza. Por exemplo, uma das substâncias mais duras na escala de Mohs é o carboneto de tungstênio (9 de 10 pontos possíveis). Além disso, essas substâncias são muito refratárias: o ponto de fusão de algumas delas chega a dois mil graus.
A maioria dos carbonetos é quimicamente inerte e interage com uma pequena quantidade de substâncias. Eles são insolúveis em qualquer solvente. No entanto, a dissolução pode ser considerada interação com a água com destruição de ligações e formação de hidróxido metálico e hidrocarboneto.
Falaremos sobre a última reação e muitas outras transformações químicas interessantes envolvendo carbonetos na próxima seção.
Propriedades Químicas
Quase todos os carbonetos interagem com a água. Alguns - facilmente e sem aquecimento (por exemplo, carboneto de cálcio) e alguns (por exemplo, carboneto de silício) - aquecendo o vapor de água a 1800 graus. A reatividade neste caso depende da natureza da ligação no composto, que discutiremos mais adiante. Na reação com a água, vários hidrocarbonetos são formados. Isso acontece porque o hidrogênio contido na água combina com o carbono no carboneto. É possível entender qual hidrocarboneto resultará (e compostos saturados e insaturados podem resultar) com base na valência do carbono contido na substância original. Por exemplo, se vctemos o carbeto de cálcio, cuja fórmula é CaC2, vemos que ele contém o íon C22-. Isso significa que dois íons de hidrogênio com carga + podem ser ligados a ele. Assim, obtemos o composto C2H2 - acetileno. Da mesma forma, de um composto como carboneto de alumínio, cuja fórmula é Al4C3, obtemos CH 4. Por que não C3H12, 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. Isso significa que apenas um composto com a fórmula C3H8 (propano) pode existir, e esse íon com carga de 12- decai em três íons com carga 4-, que dão moléculas de metano quando combinados com prótons.
As reações de oxidação de carbonetos são interessantes. Eles podem ocorrer tanto quando expostos a fortes misturas de agentes oxidantes quanto durante a combustão comum em uma atmosfera de oxigênio. Se tudo estiver claro com oxigênio: dois óxidos são obtidos, então com outros agentes oxidantes é mais interessante. Tudo depende da natureza do metal que faz parte do carboneto, bem como da natureza do agente oxidante. Por exemplo, o carbeto de silício, cuja fórmula é SiC, ao interagir com uma mistura de ácidos nítrico e fluorídrico, forma ácido hexafluorossilícico com a liberação de dióxido de carbono. E ao realizar a mesma reação, mas apenas com ácido nítrico, obtemos óxido de silício e dióxido de carbono. Halogênios e calcogênios também podem ser referidos como agentes oxidantes. Qualquer carboneto interage com eles, a fórmula da reação depende apenas de sua estrutura.
Carbetos metálicos, cujas fórmulas consideramos, estão longe de ser os únicos representantes desta classe de compostos. Agora vamos dar uma olhada em cada um dos compostos industrialmente importantes desta classe e depois falar sobre sua aplicação em nossas vidas.
O que são carbonetos?
Acontece que o carboneto, cuja fórmula, digamos, CaC2, difere significativamente em estrutura do SiC. E a diferença está principalmente na natureza da ligação entre os átomos. No primeiro caso, estamos lidando com carboneto tipo sal. Essa classe de compostos recebe esse nome porque na verdade se comporta como um sal, ou seja, é capaz de se dissociar em íons. Essa ligação iônica é muito fraca, o que facilita a realização da reação de hidrólise e muitas outras transformações, incluindo interações entre íons.
Outro tipo de carboneto, talvez mais importante industrialmente, é o carboneto covalente, como SiC ou WC. Eles são caracterizados por alta densidade e resistência. Também refratário e inerte para diluir produtos químicos.
Há também carbonetos semelhantes a metais. Eles podem ser considerados como ligas de metais com carbono. Entre estes, pode-se distinguir, por exemplo, a cementita (carboneto de ferro, cuja fórmula varia, mas em média é aproximadamente a seguinte: Fe3C) ou ferro fundido. Eles têm uma atividade química intermediária em grau entre carbonetos iônicos e covalentes.
Cada uma dessas subespécies da classe de compostos químicos que estamos discutindo tem sua própria aplicação prática. Como e onde aplicarcada um, falaremos na próxima seção.
Aplicação prática de carbonetos
Como já discutimos, carbonetos covalentes têm a mais ampla gama de aplicações práticas. Estes são materiais abrasivos e de corte e materiais compostos usados em vários campos (por exemplo, como um dos materiais que compõem a armadura), e autopeças e dispositivos eletrônicos e elementos de aquecimento e energia nuclear. E esta não é uma lista completa de aplicações para esses carbonetos superduros.
Carbetos formadores de sal têm a aplicação mais estreita. Sua reação com a água é usada como método laboratorial para a produção de hidrocarbonetos. Já discutimos como isso acontece acima.
Junto com os carbonetos covalentes, semelhantes a metais, têm a mais ampla aplicação na indústria. Como já dissemos, um tipo semelhante a metal dos compostos que estamos discutindo são aços, ferros fundidos e outros compostos metálicos intercalados com carbono. Como regra, o metal encontrado em tais substâncias pertence à classe dos d-metais. É por isso que ele tende a não formar ligações covalentes, mas, por assim dizer, a ser introduzido na estrutura do metal.
Em nossa opinião, os compostos acima têm aplicações práticas mais do que suficientes. Agora vamos dar uma olhada no processo de obtê-los.
Produção de carbonetos
Os dois primeiros tipos de carbonetos que examinamos, ou seja, covalentes e salinos, são mais frequentemente obtidos de uma maneira simples: pela reação do óxido do elemento e coque em alta temperatura. Ao mesmo tempo, parteo coque, constituído por carbono, combina-se com um átomo de um elemento na composição do óxido e forma um carboneto. A outra parte "toma" oxigênio e forma monóxido de carbono. Este método consome muita energia, pois requer a manutenção de uma temperatura alta (cerca de 1600-2500 graus) na zona de reação.
Reações alternativas são usadas para obter certos tipos de compostos. Por exemplo, a decomposição de um composto, que em última análise dá um carboneto. A fórmula da reação depende do composto específico, portanto não a discutiremos.
Antes de concluirmos nosso artigo, vamos discutir alguns carbonetos interessantes e falar sobre eles com mais detalhes.
Conexões interessantes
Carbeto de sódio. A fórmula para este composto é C2Na2. Isso pode ser pensado mais como um acetileno (ou seja, o produto da substituição de átomos de hidrogênio no acetileno por átomos de sódio), em vez de um carbeto. A fórmula química não reflete totalmente essas sutilezas, por isso elas devem ser buscadas na estrutura. Esta é uma substância muito ativa e em qualquer contato com a água interage muito ativamente com a formação de acetileno e álcali.
Carbeto de magnésio. Fórmula: MgC2. Os métodos para obter este composto suficientemente ativo são de interesse. Uma delas envolve a sinterização de fluoreto de magnésio com carboneto de cálcio em alta temperatura. Como resultado disso, dois produtos são obtidos: fluoreto de cálcio e o carboneto de que precisamos. A fórmula para esta reação é bastante simples, e você pode lê-la na literatura especializada se desejar.
Se você não tiver certeza sobre a utilidade do material apresentado no artigo, o seguinteseção para você.
Como isso pode ser útil na vida?
Bem, em primeiro lugar, o conhecimento de compostos químicos nunca pode ser supérfluo. É sempre melhor estar armado com conhecimento do que ficar 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 permitem que eles existam.
Antes de passar para o final, gostaria de dar algumas recomendações para o estudo deste material.
Como estudar?
Muito simples. É apenas um ramo da química. E deve ser estudado em livros de química. Comece com informações da escola e avance para informações mais detalhadas de livros universitários e livros de referência.
Conclusão
Este tópico não é tão simples e chato quanto parece à primeira vista. A química sempre pode ser interessante se você encontrar seu propósito nela.
