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一、碳化物的类型
碳可与一些电负性比其小的或相近的元素形成碳化物。根据碳化物的组成和结构,通常可分为离子型、金属型及共价型三大类。
1. 离子型碳化物
离子型碳化物又称类盐碳化物,一般由电负性低的金属元素与碳元素所形成。在离子型碳化物中碳以阴离子形式存在,主要的碳阴离子有 C4- 、C22- 、C34-等。含C4-的碳化物有Be2C和Al3C3等,它们在水解时能放出甲烷,故又称甲烷化物。如:
Be2C + 4H2O=2Be(OH)2 + CH4
Al3C4 + 12H2O=4Al(OH)3 +3CH4
含C22-的碳化物有NaC2、CaC2、Ag2C及ZnC2等多种,其中的结构式为(CC)2-。此二碳 离子为弱酸——乙炔的共扼碱。它们以水解时产 生乙炔为特征,又称乙炔化物。如:
Na2C2 +2H2O=2NaOH + C2H2
CaC2+2H2O=Ca(OH)2 + C2H2
含C34-的碳化物有Mg2C3,其中的结构 呈直线型(C = C = C)4-。与水反应生成C3H4,如: Mg2C3+4H2O =2Mg(OH)2 + C3H4
2. 金属型的碳化物
金属型的碳化物又称间充型碳化物,它是由 d过渡元素与碳元素所形成,如TiC、TaC、HfC及W2C等。在这类化合物中,金属原子以密堆积方式排列,碳原子嵌在密堆积的八面体孔穴内。通 常具有金属光泽,而且导电性能优良,硬度大,熔 点非常高。化学性质一般不活泼,能抗腐蚀,在空 气中稳定。另外有一些碳化物,如Fe3C、Mn3C、Co3C、Ni3C等虽然也归人金属型碳化物之列,但 金属原子并不按密堆积方式排列,因此性质上介 于金属型与离子型之间,能被水和稀酸分解得到 烃类和氢气的混合物。
3. 共价型的碳化物
共价型的碳化物是由碳元素与一些电负性相似的元素化合而形成,重要的有SiC和B4C。SiC 为无色晶体,具有金刚石结构,故又名金刚砂。B4C为黑色固体,其结构较复杂,但也是以共价键 相结合的三维网格晶体。在这类碳化物中,碳原 子和硅、硼原子以共价键结合,形成原子晶体。它 们硬度大、熔点高,并具有化学惰性。
二、碳化物的制备
碳化物通常可用下面的方法制备:在高温下, 碳与其它元素直接化合,或与金属氧化物直接反应,如:
Si + CSiC
4A1 + 3CAl4C3
CaO + 3C( 电炉)CO +CaC2
也可以使金属与适宜的碳氢化合物蒸气一起 加热反应而制得。
三、碳化物的用途
碳化物的用途是非常广泛的,碳化铝与水反 应在实验室可用来制取甲烷。碳化钙是工业上制 造乙炔的重要原料,目前世界上约有80%的乙炔 是由碳化钙制取的。碳化钛、碳化钽等可作髙温 材料,已用来制造火箭的心板和喷嘴。碳化硅、碳 化硼均可做优良的磨料和制切削工具,也是大有发展前途的高温结构材料。
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