Banyak senyawa kimia berbeda yang dikenal di dunia: sekitar ratusan juta. Dan semuanya, seperti halnya manusia, adalah individu. Tidak mungkin menemukan dua zat yang memiliki sifat kimia dan fisika yang sama dengan komposisi yang berbeda.
Salah satu zat anorganik paling menarik yang ada di dunia adalah karbida. Pada artikel ini, kita akan membahas struktur, sifat fisik dan kimia, aplikasi dan menganalisis seluk-beluk produksinya. Tapi pertama-tama, sedikit tentang sejarah penemuannya.
Sejarah
Karbida logam, yang rumusnya akan kami berikan di bawah, bukanlah senyawa alami. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul mereka cenderung terurai ketika berinteraksi dengan air. Oleh karena itu, ada baiknya membicarakan upaya pertama untuk mensintesis karbida di sini.
Dari tahun 1849 ada referensi untuk sintesis silikon karbida, tetapi beberapa dari upaya ini tetap tidak diketahui. Produksi skala besar dimulai pada tahun 1893 oleh ahli kimia Amerika Edward Acheson dalam proses yang kemudian dinamai menurut namanya.
Sejarah sintesis kalsium karbida juga tidak berbeda dalam banyak informasi. Pada tahun 1862, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler memperolehnya dengan memanaskan paduan seng dan kalsium dengan batu bara.
Sekarang mari kita beralih ke bagian yang lebih menarik: kimia danproperti fisik. Lagi pula, di dalamnya terletak seluruh esensi penggunaan kelas zat ini.
Sifat fisik
Benar-benar semua karbida dibedakan berdasarkan kekerasannya. Misalnya, salah satu zat terkeras pada skala Mohs adalah tungsten carbide (9 dari 10 kemungkinan poin). Selain itu, zat ini sangat tahan api: titik leleh beberapa di antaranya mencapai dua ribu derajat.
Sebagian besar karbida bersifat inert secara kimiawi dan berinteraksi dengan sejumlah kecil zat. Mereka tidak larut dalam pelarut apa pun. Namun, pelarutan dapat dianggap sebagai interaksi dengan air dengan penghancuran ikatan dan pembentukan logam hidroksida dan hidrokarbon.
Kita akan berbicara tentang reaksi terakhir dan banyak transformasi kimia menarik lainnya yang melibatkan karbida di bagian selanjutnya.
Sifat kimia
Hampir semua karbida berinteraksi dengan air. Beberapa - dengan mudah dan tanpa pemanasan (misalnya, kalsium karbida), dan beberapa (misalnya, silikon karbida) - dengan memanaskan uap air hingga 1800 derajat. Reaktivitas dalam hal ini tergantung pada sifat ikatan dalam senyawa, yang akan kita bahas nanti. Dalam reaksi dengan air, berbagai hidrokarbon terbentuk. Hal ini terjadi karena hidrogen yang terkandung dalam air bergabung dengan karbon dalam karbida. Dimungkinkan untuk memahami hidrokarbon mana yang akan dihasilkan (dan senyawa jenuh dan tidak jenuh dapat dihasilkan) berdasarkan valensi karbon yang terkandung dalam zat aslinya. Misalnya, jika ukita memiliki kalsium karbida, rumusnya adalah CaC2, kita lihat mengandung ion C22-. Ini berarti bahwa dua ion hidrogen dengan muatan + dapat terikat padanya. Jadi, kita mendapatkan senyawa C2H2 - asetilena. Dengan cara yang sama, dari senyawa seperti aluminium karbida yang rumusnya adalah Al4C3, kita peroleh CH 4. Mengapa tidak C3H12, Anda bertanya? Bagaimanapun, ion memiliki muatan 12-. Faktanya adalah bahwa jumlah maksimum atom hidrogen ditentukan oleh rumus 2n + 2, di mana n adalah jumlah atom karbon. Ini berarti bahwa hanya senyawa dengan rumus C3H8 (propana) yang dapat ada, dan ion dengan muatan 12- meluruh menjadi tiga ion dengan muatan 4-, yang menghasilkan molekul metana bila digabungkan dengan proton.
Reaksi oksidasi karbida menarik. Mereka dapat terjadi baik ketika terkena campuran kuat dari agen pengoksidasi, dan selama pembakaran biasa di atmosfer oksigen. Jika semuanya jelas dengan oksigen: dua oksida diperoleh, maka dengan zat pengoksidasi lain itu lebih menarik. Itu semua tergantung pada sifat logam yang merupakan bagian dari karbida, serta pada sifat zat pengoksidasi. Misalnya, silikon karbida, yang rumusnya adalah SiC, ketika berinteraksi dengan campuran asam nitrat dan asam fluorida, membentuk asam heksafluorosilikat dengan pelepasan karbon dioksida. Dan ketika melakukan reaksi yang sama, tetapi hanya dengan asam nitrat, kita mendapatkan silikon oksida dan karbon dioksida. Halogen dan kalkogen juga dapat disebut sebagai zat pengoksidasi. Setiap karbida berinteraksi dengan mereka, rumus reaksi hanya bergantung pada strukturnya.
Karbida logam, formula yang telah kita bahas, jauh dari satu-satunya perwakilan dari kelas senyawa ini. Sekarang kita akan melihat lebih dekat masing-masing senyawa penting industri dari kelas ini dan kemudian berbicara tentang aplikasinya dalam kehidupan kita.
Apa itu karbida?
Ternyata karbida yang formulanya, katakanlah, CaC2, sangat berbeda strukturnya dengan SiC. Dan perbedaannya terutama pada sifat ikatan antar atom. Dalam kasus pertama, kita berurusan dengan karbida seperti garam. Kelas senyawa ini dinamakan demikian karena ia sebenarnya berperilaku seperti garam, yaitu mampu berdisosiasi menjadi ion. Ikatan ionik semacam itu sangat lemah, yang memudahkan untuk melakukan reaksi hidrolisis dan banyak transformasi lainnya, termasuk interaksi antar ion.
Jenis karbida lain yang mungkin lebih penting secara industri adalah karbida kovalen, seperti SiC atau WC. Mereka dicirikan oleh kepadatan dan kekuatan tinggi. Juga tahan api dan lembam untuk mengencerkan bahan kimia.
Ada juga karbida seperti logam. Mereka lebih dapat dianggap sebagai paduan logam dengan karbon. Di antara ini, orang dapat membedakan, misalnya, sementit (besi karbida, yang formulanya bervariasi, tetapi rata-rata kira-kira sebagai berikut: Fe3C) atau besi tuang. Mereka memiliki aktivitas kimia antara karbida ionik dan kovalen.
Masing-masing subspesies dari kelas senyawa kimia yang sedang kita diskusikan ini memiliki aplikasi praktisnya sendiri. Bagaimana dan di mana melamar?masing-masing, kita akan membicarakannya di bagian selanjutnya.
Aplikasi praktis karbida
Seperti yang telah kita bahas, karbida kovalen memiliki jangkauan aplikasi praktis terluas. Ini adalah bahan abrasif dan pemotong, dan bahan komposit yang digunakan di berbagai bidang (misalnya, sebagai salah satu bahan yang membentuk pelindung tubuh), dan suku cadang mobil, dan perangkat elektronik, dan elemen pemanas, dan energi nuklir. Dan ini bukan daftar lengkap aplikasi untuk karbida superhard ini.
Karbida pembentuk garam memiliki aplikasi yang paling sempit. Reaksi mereka dengan air digunakan sebagai metode laboratorium untuk memproduksi hidrokarbon. Kita telah membahas bagaimana hal ini terjadi di atas.
Seiring dengan kovalen, karbida seperti logam memiliki aplikasi terluas di industri. Seperti yang telah kami katakan, jenis senyawa seperti logam yang sedang kita diskusikan adalah baja, besi tuang, dan senyawa logam lainnya yang diselingi dengan karbon. Biasanya, logam yang ditemukan dalam zat tersebut termasuk dalam kelas d-logam. Itulah sebabnya ia cenderung tidak membentuk ikatan kovalen, tetapi, seolah-olah, dimasukkan ke dalam struktur logam.
Menurut pendapat kami, senyawa di atas memiliki aplikasi praktis yang lebih dari cukup. Sekarang mari kita lihat proses mendapatkannya.
Produksi karbida
Dua jenis karbida pertama yang kami periksa, yaitu kovalen dan mirip garam, paling sering diperoleh dengan satu cara sederhana: melalui reaksi oksida unsur dan kokas pada suhu tinggi. Pada saat yang sama, bagiankokas, yang terdiri dari karbon, bergabung dengan atom suatu unsur dalam komposisi oksida, dan membentuk karbida. Bagian lain "mengambil" oksigen dan membentuk karbon monoksida. Metode ini sangat memakan energi, karena memerlukan suhu tinggi (sekitar 1600-2500 derajat) di zona reaksi.
Reaksi alternatif digunakan untuk mendapatkan jenis senyawa tertentu. Misalnya, penguraian suatu senyawa, yang akhirnya menghasilkan karbida. Rumus reaksi tergantung pada senyawa tertentu, jadi kita tidak akan membahasnya.
Sebelum kita mengakhiri artikel kita, mari kita bahas beberapa karbida yang menarik dan bicarakan lebih detail.
Koneksi yang menarik
Natrium karbida. Rumus senyawa ini adalah C2Na2. Ini dapat dianggap lebih sebagai asetilenida (yaitu, produk penggantian atom hidrogen dalam asetilen oleh atom natrium), daripada karbida. Rumus kimia tidak sepenuhnya mencerminkan seluk-beluk ini, sehingga harus dicari dalam strukturnya. Ini adalah zat yang sangat aktif dan dalam kontak apa pun dengan air, ia sangat aktif berinteraksi dengannya dengan pembentukan asetilena dan alkali.
Magnesium karbida. Rumus: MgC2. Metode untuk memperoleh senyawa yang cukup aktif ini menarik. Salah satunya melibatkan sintering magnesium fluorida dengan kalsium karbida pada suhu tinggi. Sebagai hasil dari ini, dua produk diperoleh: kalsium fluorida dan karbida yang kita butuhkan. Rumus untuk reaksi ini cukup sederhana, dan Anda dapat membacanya di literatur khusus jika Anda mau.
Jika Anda tidak yakin tentang kegunaan materi yang disajikan dalam artikel, maka berikut inibagian untukmu.
Bagaimana ini bisa berguna dalam hidup?
Ya, pertama-tama, pengetahuan tentang senyawa kimia tidak akan pernah berlebihan. Itu selalu lebih baik untuk dipersenjatai dengan pengetahuan daripada dibiarkan tanpa itu. Kedua, semakin banyak yang Anda ketahui tentang keberadaan senyawa tertentu, semakin baik Anda memahami mekanisme pembentukannya dan hukum yang memungkinkannya ada.
Sebelum melanjutkan ke bagian akhir, saya ingin memberikan beberapa rekomendasi untuk mempelajari materi ini.
Bagaimana cara mempelajarinya?
Sangat sederhana. Itu hanya salah satu cabang ilmu kimia. Dan itu harus dipelajari di buku teks kimia. Mulailah dengan informasi sekolah dan lanjutkan ke informasi yang lebih mendalam dari buku teks universitas dan buku referensi.
Kesimpulan
Topik ini tidak sesederhana dan membosankan seperti yang terlihat pada pandangan pertama. Kimia selalu menarik jika Anda menemukan tujuan Anda di dalamnya.
