碳与各种 电负性 比它小的元素结合而成的 二元化合物 ,不包括碳与氮、磷、氧、硫和 卤族元素 形成的化合物。从碳化物的键型划分,碳化物有三种类型,即离子型碳化物、间充型碳化物和共价型碳化物。从元素的属性划分为金属碳化物和非金属碳化物。
分类
从碳化物的键型划分,碳化物有三种类型:离子型碳化物、间充型碳化物和共价型碳化物。
离子型碳化物
离子型碳化物又称 类盐 型碳化物,主要为IA、ⅡA、ⅢA、IB、ⅡB(除Hg外)和一些f过渡元素(f层 电子 未填满)与碳形成的 二元化合物 。这些碳化物含(:CC:)2-离子,通常具有NaCl型晶格;与水反应产生 乙炔 ,故又称 乙炔化物 :
在这类碳化物中,碳化铍和 碳化铝 水解 时产生 甲烷 ,镁的一种碳化物 Mg2 C3 水解时产生 丙炔 。
间充型碳化物
间充型碳化物又称金属型碳化物,主要是d过渡元素,特别是ⅥB、ⅦB族及铁系元素与碳形成的二元化合物。其结构特点是 碳 充填在密堆积金属晶格的四面体孔穴中,不影响金属的导电性。对于 原子半径 大于1.3埃的金属,碳原子不会使金属晶格变形,只使晶格更紧密坚实。这些金属的碳化物具有极高的 熔点 和硬度,如 碳化钽 (见 )和 碳化钨 等。对于原子半径小于1.3埃的金属,碳原子使原金属晶格变形,碳的原子链贯穿在变形的金属结构中,如铬、锰、铁、钴和 的碳化物。这些金属的碳化物的性质介于离子型和间充型之间,有较高的熔点和硬度,也能被水和酸分解生成烃类和氢的 混合物 。
共价型碳化物
共价型碳化物主要是硅和硼的碳化物,如 碳化硅 和 碳化硼 (见硼)。在这些碳化物中, 碳 与硅、硼原子以 共价键 结合,属 原子晶体 。它们具有高硬度、高 熔点 和 化学性质 稳定的特点。
金属碳化物
碳化钙 ( CaC2 ,俗称 电石 )、 碳化铬 (Cr4C3)、 碳化钽 (TaC)、 碳化钒 (VC)、 碳化锆 (ZrC)、 碳化钨 (WC)等都是金属碳化物。
非金属碳化物
碳化硼( B4C )、碳化硅( SiC )等属于非金属碳化物。
制法和应用
制备方法
碳化物可由金属、硅、硼或它们的 氧化物 在2000℃的高温下与碳或烃类反应制得。
用途
离子型碳化物中以碳化钙最有用,主要做乙 炔 的原料。间充型碳化物主要用作耐高温、高硬度的特殊 结构材料 和 高速切削 工具材料,如碳化钽和碳化钨。共价型碳化物主要用作 磨料 ,如 碳化硅 、 碳化硼 等。
碳化硅
碳化硅又名 金刚砂 ,是无色 晶体 ,可以作优良磨料。
碳化硼
碳化硼是黑色有光泽的晶体,可用于研磨 金刚石 。
碳化物介绍
碳化物独特的强硬度与稳定性使它们在工业生产合金。