План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

Соединения с отрицательной степенью окисления углерода. С ме­нее электроотрицательными, чем он сам, элементами углерод дает карбиды. Поскольку для углерода характерно образовывать гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углеро­да -4, По типу химической связи можно выделить ковалентные, ионно-ковалентные и металлические карбиды.
Ковалентные карбиды кремния SiC и бора В₄С - полимерные ве­щества. Они характеризуются очень высокой твердостью, тугоплав­костью и химической инертностью.
В качестве простейшего ковалентного карбида можно рассматривать метан СН₄. Его молекула имеет тетраэдрическую форму, что отвечает электронной конфигурации

Метан - бесцветный, не имеющий запаха газ (т. пл. - 182,48°С, т. кип. -161,49°С), химически весьма инертен вследствие валентной и координационной насыщенности молекулы. На него не действуют кис­лоты и щелочи. Однако он легко загорается; его смеси с воздухом чрез­вычайно взрывоопасны. Метан - основной компонент природного (60…90%), рудничного и болотного газа. В больших количествах образуется при коксовании каменного угля. Богатые метаном газы используются как высококалорийное топливо.
Углерод образует многообразные перкарбиды. Вследствие высокой прочности гомоцепей из атомов углерода перкарбиды многообразнее пероксидов и пернитридов. В качестве простейших представителей перкарбидов можно формально рассматривать некоторые простейшие углеводороды - изоэлектронные аналоги пероксида и пернитридов водорода:

Этан С₂Н₆, этилен С₂Н₄ и ацетилен С₂Н₂ в обычных услови­ях — газы. Вследствие высокой прочности связи в отличие от Н₂О₂, N₂H₄ и в особенности N₂H₂ вполне устойчивы и химически малоактивны.
Ионно-ковалентные карбиды — это бесцветные прозрачные кристал­лические солеподобные вещества. При действии воды или разбавлен­ной кислоты они разрушаются с выделением углеводородов. Поэто­му карбиды подобного типа можно рассматривать как производные соответствующих углеводородов.
В качестве производных метана — метанидов — можно рассматри­вать карбиды Ве₂С (т. пл. 2150°С) и А1₄С₃ (т. пл. 2800°С). Это тугоплавкие кристаллические вещества. Согласно рентгеноструктурным исследованиям в их кристаллах атомы углерода между собой не связаны. Метаниды водой разлагаются, выделяя метан:
А1₂С₃ (к) + 12Н₂О (ж) = 4А1(ОН)₃ (к) + ЗСН₄ (г),
ΔG₂₉₈ = -1770 кДж/моль.
Из солеподобных перкарбидов относительно лучше изучены ацетилиды типа M₂⁺¹С₂, M⁺²С₂, и М₂⁺³(С₂)₃. Ацетилиды наиболее характерны для s- и d-элементов I и II групп, а также для алюминия.
Ацетилиды образуются по обменным реакциям в растворах
2AgNO₃ + H₂C₂ = Ag₂С₂ + 2HNO₃
или непосредственным взаимодействием С₂Н₂ с некоторыми метал­лами при нагревании:
2А1 + ЗН₂С₂ = А1₂(С₂)₃ + ЗН₂
Zn + Н₂С₂ = ZnC₂+ Н₂.
Имеющий наибольшее значение ацетилид кальция СаС₂ (обычно называемый карбидом) получают нагреванием СаО с углем в электро­печах:
СаО + ЗС = СаС₂ + СО.
Ацетилиды более или менее легко разлагаются водой:
СаС₂ + 2Н₃О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂
с образованием ацетилена. При этом производные s-элементов I груп­пы взрывают. Ацетилиды d-элементов I и II групп (Сu₂С₂, Ag₂C₂, Au₂С₂, HgC₂) взрывают и в сухом состоянии. Ацетилид кальция СаС₂ используется в технике для получения ацетилена.
В ряду F — О — N — С повышается способность к образованию соединений с делокализованной связью, вплоть до металлической. Металлическими являются карбиды d-элементов IV—VIII групп. Кар­биды этого типа представляют собой соединения включения; в них атомы углерода занимают октаэдрические пустоты в плотноупакованных структурах атомов металлов. Металлические карбиды весьма раз­нообразны. Чаше всего встречаются карбиды среднего состава МС (TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC), M₂C (Mo₂C, W_ZC), M₃C (Mn₃C, Fe₃C, Co₃C). Эти карбиды проявляют металлические признаки: металличе­ский блеск, высокую электрическую проводимость, уменьшающуюся с повышением температуры, легкость образования твердых растворов с металлами и др. Состав карбидов d-элементов изменяется в широких пределах. Например, в зависимости от условий получения карбиды титана и ванадия имеют состав TiC_0,6-1,0 и VC_0,58-1,0.
Карбиды d-элементов обладают высокой твердостью, жаропроч­ностью, обычно более высокой температурой плавления, чем исходные металлы.
Карбиды состава MC (TiC, VC, NbC) и М₂С (Мо₂С, W₂C) наряду с исключительной жаростойкостью и тугоплавкостью (2000…3500°С) характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Карбиды состава М₃С (Mn₃C, Fe₃C, Co₃C) термически и химически устойчивы. Так, они разлагаются разбавленными кислотами, выделяя смесь углеводородов.
Карбиды получают прокаливанием при высоких температурах смеси порошков металлов или их оксидов с углем в электрических печах:
V₂O₅ + 7С = 2VC + 5СО.
Металлические карбиды входят в состав чугунов и сталей, придавая им твердость, износоустойчивость и другие ценные качества. На основе карбидов вольфрама, титана и тантала производят сверхтвердыe и тугоплавкие сплавы, применяемые для скоростной обработки металлов. Такие сплавы изготовляют методами порошковой металлургии (спрессовыванием составных частей при нагревании); в качестве цементирующего материала чаще всего используют кобальт и никель. Сплав, состоящий из 20% HfC и 80% ТаС, — самый тугоплавкий из известных веществ (т. пл. 4400°С).