碳化物

碳化物

碳與各種電負性比它小的元素結合而成的二元化合物,不包括碳與氮、磷、氧、硫和鹵素形成的化合物。從碳化物的鍵型劃分,碳化物有三種類型,即離子型碳化物、間充型碳化物和共價型碳化物。從元素的屬性劃分為金屬碳化物和非金屬碳化物。

簡介

碳與各種電負性比它小的元素結合而成的二元化合物,不包括碳與氮、磷、氧、硫和鹵素形成的化合物。

分類

從碳化物的鍵型劃分,碳化物有三種類型:離子型碳化物、間充型碳化物和共價型碳化物。

離子型碳化物

碳化鈣碳化鈣

離子型碳化物又稱類鹽型碳化物,主要為IA、ⅡA、ⅢA、IB、ⅡB(除Hg外)和一些f過渡元素(f層電子未填滿)與碳形成的二元化合物。這些碳化物含(:CC:)2- 離子,通常具有NaCl型晶格;與水反應產生乙炔,故又稱乙炔化物:

CaC2+2H2O─→Ca(OH)2+C2H2↑

在這類碳化物中,碳化鈹和碳化鋁水解時產生甲烷,鎂的一種碳化物Mg2C3水解時產生丙炔

間充型碳化物

間充型碳化物又稱金屬型碳化物,主要是d過渡元素,特別是ⅥB、ⅦB族及鐵系元素與碳形成的二元化合物。其結構特點是碳原子充填在密堆積金屬晶格的四面體孔穴中,不影響金屬的導電性。對於原子半徑大於1.3埃的金屬,碳原子不會使金屬晶格變形,只使晶格更緊密堅實。這些金屬的碳化物具有極高的熔點和硬度,如碳化鉭(見)和碳化鎢等。對於原子半徑小於 1.3埃的金屬,碳原子使原金屬晶格變形,碳的原子鏈貫穿在變形的金屬結構中,如鉻、錳、鐵、鈷和鎳的碳化物。這些金屬的碳化物的性質介於離子型和間充型之間,有較高的熔點和硬度,也能被水和酸分解生成類和氫的混合物。

共價型碳化物

共價型碳化物主要是矽和硼的碳化物,如碳化矽和碳化硼(見)。在這些碳化物中,碳原子與矽、硼原子以共價鍵結合,屬原子晶體。它們具有高硬度、高熔點和化學性質穩定的特點。

從元素的屬性劃分為金屬碳化物和非金屬碳化物。

金屬碳化物

碳化鈣(CaC2,俗稱電石)、碳化鉻(Cr4C3)、碳化鉭(TaC)、碳化釩(VC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鎢(WC)等都是金屬碳化物。

非金屬碳化物

碳化硼(B4C)、碳化矽(SiC)等屬於非金屬碳化物。

製法和套用

製備方法

碳化物可由金屬、矽、硼或它們的氧化物在2000℃的高溫下與碳或烴類反應製得。

用途

離子型碳化物中以碳化鈣最有用,主要做乙炔的原料。間充型碳化物主要用作耐高溫、高硬度的特殊結構材料和高速切削工具材料,如碳化鉭和碳化鎢。共價型碳化物主要用作磨料,如碳化矽、碳化硼等。

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