En el mundo se conocen muchos compuestos químicos diferentes: unos cientos de millones. Y todos ellos, como las personas, son individuales. Es imposible encontrar dos sustancias que tengan las mismas propiedades químicas y físicas con diferente composición.
Una de las sustancias inorgánicas más interesantes que existen en el mundo son los carburos. En este artículo, discutiremos su estructura, propiedades físicas y químicas, aplicaciones y analizaremos las complejidades de su producción. Pero primero, un poco sobre la historia del descubrimiento.
Historia
Los carburos metálicos, cuyas fórmulas daremos a continuación, no son compuestos naturales. Esto se debe a que sus moléculas tienden a descomponerse al interactuar con el agua. Por lo tanto, vale la pena hablar aquí de los primeros intentos de sintetizar carburos.
Desde 1849 hay referencias a la síntesis de carburo de silicio, pero algunos de estos intentos siguen sin ser reconocidos. La producción a gran escala comenzó en 1893 por el químico estadounidense Edward Acheson en un proceso que más tarde recibió su nombre.
La historia de la síntesis de carburo de calcio tampoco difiere en una gran cantidad de información. En 1862, el químico alemán Friedrich Wöhler lo obtuvo calentando zinc y calcio aleados con carbón.
Ahora pasemos a secciones más interesantes: química ypropiedades físicas. Después de todo, es en ellos donde radica toda la esencia del uso de esta clase de sustancias.
Propiedades físicas
Absolutamente todos los carburos se distinguen por su dureza. Por ejemplo, una de las sustancias más duras en la escala de Mohs es el carburo de tungsteno (9 de 10 puntos posibles). Además, estas sustancias son muy refractarias: el punto de fusión de algunas de ellas alcanza los dos mil grados.
La mayoría de los carburos son químicamente inertes e interactúan con una pequeña cantidad de sustancias. Son insolubles en cualquier disolvente. Sin embargo, la disolución puede considerarse una interacción con el agua con la destrucción de los enlaces y la formación de hidróxido metálico e hidrocarburo.
Hablaremos sobre la última reacción y muchas otras transformaciones químicas interesantes que involucran carburos en la siguiente sección.
Propiedades químicas
Casi todos los carburos interactúan con el agua. Algunos, fácilmente y sin calentamiento (por ejemplo, carburo de calcio), y algunos (por ejemplo, carburo de silicio), calentando vapor de agua a 1800 grados. La reactividad en este caso depende de la naturaleza del enlace en el compuesto, que discutiremos más adelante. En la reacción con el agua se forman varios hidrocarburos. Esto sucede porque el hidrógeno contenido en el agua se combina con el carbono en el carburo. Es posible comprender qué hidrocarburo resultará (y pueden resultar compuestos saturados e insaturados) en función de la valencia del carbono contenido en la sustancia original. Por ejemplo, si tutenemos el carburo de calcio, cuya fórmula es CaC2, vemos que contiene el ion C22-. Esto significa que se le pueden unir dos iones de hidrógeno con una carga +. Así, obtenemos el compuesto C2H2 - acetileno. Del mismo modo, a partir de un compuesto como el carburo de aluminio, cuya fórmula es Al4C3, obtenemos CH 4. ¿Por qué no C3H12? Después de todo, el ion tiene una carga de 12-. El hecho es que el número máximo de átomos de hidrógeno está determinado por la fórmula 2n + 2, donde n es el número de átomos de carbono. Esto significa que solo puede existir un compuesto con la fórmula C3H8 (propano), y ese ion con una carga de 12- se descompone en tres iones con una carga de 4-, que dan moléculas de metano cuando se combinan con protones.
Las reacciones de oxidación de los carburos son interesantes. Pueden ocurrir tanto cuando se exponen a mezclas fuertes de agentes oxidantes como durante la combustión ordinaria en una atmósfera de oxígeno. Si todo está claro con el oxígeno: se obtienen dos óxidos, entonces con otros agentes oxidantes es más interesante. Todo depende de la naturaleza del metal que forma parte del carburo, así como de la naturaleza del agente oxidante. Por ejemplo, el carburo de silicio, cuya fórmula es SiC, al interactuar con una mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico, forma ácido hexafluorosilícico con la liberación de dióxido de carbono. Y al realizar la misma reacción, pero solo con ácido nítrico, obtenemos óxido de silicio y dióxido de carbono. Los halógenos y los calcógenos también pueden denominarse agentes oxidantes. Cualquier carburo interactúa con ellos, la fórmula de reacción depende solo de su estructura.
Los carburos metálicos, cuyas fórmulas hemos considerado, están lejos de ser los únicos representantes de esta clase de compuestos. Ahora analizaremos más de cerca cada uno de los compuestos industrialmente importantes de esta clase y luego hablaremos sobre su aplicación en nuestras vidas.
¿Qué son los carburos?
Resulta que el carburo, cuya fórmula, digamos, CaC2, difiere significativamente en estructura de SiC. Y la diferencia está principalmente en la naturaleza del enlace entre los átomos. En el primer caso, se trata de carburo salino. Esta clase de compuestos se llama así porque en realidad se comporta como una sal, es decir, es capaz de disociarse en iones. Dicho enlace iónico es muy débil, lo que facilita la realización de la reacción de hidrólisis y muchas otras transformaciones, incluidas las interacciones entre iones.
Otro tipo de carburo, quizás más importante industrialmente, es el carburo covalente, como el SiC o el WC. Se caracterizan por su alta densidad y resistencia. También refractario e inerte a productos químicos diluidos.
También hay carburos similares al metal. Más bien pueden considerarse como aleaciones de metales con carbono. Entre estos, se puede distinguir, por ejemplo, la cementita (carburo de hierro, cuya fórmula varía, pero en promedio es aproximadamente la siguiente: Fe3C) o el hierro fundido. Tienen una actividad química de grado intermedio entre los carburos iónicos y covalentes.
Cada una de estas subespecies de la clase de compuestos químicos que estamos discutiendo tiene su propia aplicación práctica. Cómo y dónde aplicarhablaremos de cada uno en la siguiente sección.
Aplicación práctica de carburos
Como ya hemos discutido, los carburos covalentes tienen la gama más amplia de aplicaciones prácticas. Estos son materiales abrasivos y de corte, y materiales compuestos utilizados en diversos campos (por ejemplo, como uno de los materiales que componen chalecos antibalas), autopartes, dispositivos electrónicos, elementos de calefacción y energía nuclear. Y esta no es una lista completa de aplicaciones para estos carburos superduros.
Los carburos formadores de sal tienen la aplicación más limitada. Su reacción con el agua se utiliza como método de laboratorio para la producción de hidrocarburos. Ya hemos discutido cómo sucede esto arriba.
Junto con los carburos covalentes, similares al metal, tienen la aplicación más amplia en la industria. Como ya hemos dicho, un tipo similar al metal de los compuestos que estamos discutiendo son aceros, hierros fundidos y otros compuestos metálicos intercalados con carbono. Como regla general, el metal que se encuentra en tales sustancias pertenece a la clase de metales d. Es por eso que tiende a formar no enlaces covalentes, sino, por así decirlo, a introducirse en la estructura del metal.
En nuestra opinión, los compuestos anteriores tienen aplicaciones prácticas más que suficientes. Ahora echemos un vistazo al proceso de obtención de ellos.
Producción de carburos
Los dos primeros tipos de carburos que examinamos, a saber, los covalentes y los similares a sales, se obtienen con mayor frecuencia de una forma sencilla: mediante la reacción del óxido del elemento y el coque a alta temperatura. Al mismo tiempo, parteel coque, que consiste en carbono, se combina con un átomo de un elemento en la composición del óxido y forma un carburo. La otra parte "toma" oxígeno y forma monóxido de carbono. Este método consume mucha energía, ya que requiere mantener una temperatura alta (alrededor de 1600-2500 grados) en la zona de reacción.
Se utilizan reacciones alternativas para obtener ciertos tipos de compuestos. Por ejemplo, la descomposición de un compuesto, que finalmente da un carburo. La fórmula de reacción depende del compuesto específico, por lo que no la discutiremos.
Antes de concluir nuestro artículo, analicemos algunos carburos interesantes y hablemos de ellos con más detalle.
Conexiones interesantes
Carburo de sodio. La fórmula de este compuesto es C2Na2. Esto se puede considerar más como un acetilenuro (es decir, el producto de la sustitución de átomos de hidrógeno en acetileno por átomos de sodio), en lugar de un carburo. La fórmula química no refleja del todo estas sutilezas, por lo que hay que buscarlas en la estructura. Esta es una sustancia muy activa y en cualquier contacto con el agua interactúa muy activamente con la formación de acetileno y álcali.
Carburo de magnesio. Fórmula: MgC2. Los métodos para obtener este compuesto suficientemente activo son de interés. Uno de ellos implica la sinterización de fluoruro de magnesio con carburo de calcio a alta temperatura. Como resultado de esto se obtienen dos productos: el fluoruro de calcio y el carburo que necesitamos. La fórmula de esta reacción es bastante sencilla, y puedes leerla en la literatura especializada si lo deseas.
Si no está seguro de la utilidad del material presentado en el artículo, entonces lo siguientesección para ti.
¿Cómo puede ser útil esto en la vida?
Bueno, en primer lugar, el conocimiento de los compuestos químicos nunca puede ser superfluo. Siempre es mejor estar armado con conocimiento que quedarse sin él. En segundo lugar, cuanto más sepa sobre la existencia de ciertos compuestos, mejor comprenderá el mecanismo de su formación y las leyes que les permiten existir.
Antes de pasar al final, me gustaría dar algunas recomendaciones para el estudio de este material.
¿Cómo estudiarlo?
Muy sencillo. Es solo una rama de la química. Y debería estudiarse en los libros de texto de química. Comience con información escolar y continúe con información más detallada de libros de texto universitarios y libros de referencia.
Conclusión
Este tema no es tan simple y aburrido como parece a primera vista. La química siempre puede ser interesante si encuentras tu propósito en ella.
