Карбиды

Карбиды — это соединения металлов и некоторых неметаллов (например, бора и кремния) с углеродом. Все они — твердые вещества, как правило, нерастворимые в воде и других растворителях. Многим из них свойственны большая твердость и термостойкость. Прочие свойства колеблются в широких пределах и зависят от особенностей строения и состава карбидов.

По типу химической связи карбиды подразделяют на ионные, ковалентные и металлоподобные.

Ионные карбиды образуют с углеродом элементы первых трех групп периодической системы и некоторые переходные металлы IV, V и VI групп. Среди них — самый известный — карбид кальция СаС2, впервые полученный еще в 1862 г. немецким химиком Ф. Вёлером при нагревании сплава цинка и кальция с углем. Цвет технического карбида кальция может быть от светло-коричневого до бурого, а снаружи карбид обычно покрыт белым налетом оксида кальция СаО. Химически чистый, он бесцветен. Карбид кальция широко применяют в технике для получения ацетилена:

СаС2 + 2Н20 → Са(ОН)2 + С2Н2

Не случайно карбид кальция и некоторые другие подобные ему соединения рассматривают как ацетилениды — продукты замещения водорода в молекуле ацетилена на атомы металлов.

Разновидность ионных карбидов — многочисленные солеобразные карбиды, которые можно считать производными метана СН4, например карбиды бериллия Ве2С и алюминия Al4C3.

Иначе построены карбиды с ковалентной связью (ковалентные), типичным представителем которых можно считать карборунд — карбид кремния SiC. Его кристаллическая структура подобна структуре алмаза. Эти карбиды отличаются исключительно высокой твердостью, термостойкостью и химической стойкостью. Не случайно карборунд — один из первых искусственных минералов, производство которого налажено в промышленных масштабах. Его используют как огнеупорный и абразивный (для обработки поверхности изделий) материал. Подобными же свойствами обладает и карбид бора В4С.

Металлоподобные карбиды обычно построены как фазы внедрения атомов углерода в поры кристаллических решеток переходных металлов. Такое строение обусловливает, с одной стороны, их твердость и износостойкость, а с другой — отсутствие пластичности при обычных температурах, хрупкость и относительно невысокие прочие механические свойства. Карбиды этой группы хорошо проводят электричество, отсюда и их название — металлоподобные. Многие из них — сверхпроводники. Важными для техники свойствами обладают сплавы титана, циркония, гафния, ниобия, тантала с углеродом. Так, сплав из 25% HfC и 75% ТаС имеет наиболее высокую температуру плавления (около 4000°С) из всех тугоплавких металлов и веществ. У металло-подобных карбидов большая химическая устойчивость к кислотам.

Высокая химическая стойкость карбидов используется, в частности, в химическом машиностроении и химической промышленности для изготовления трубопроводов, облицовки реакторов и т. д.