Химические свойства углерода. Карбиды металлов

Химические свойства. При обычной температуре уголь весьма инертен. Его химическая активность проявляется лишь при высоких температурах. В качестве окислителя уголь реагирует с некоторыми металлами и неметаллами. Соединения углерода с металлами называются карбидами. Например [c.209]

Как указывалось выше, в связи с развитием техники возникла потребность в создании жаростойких волокнистых материалов. Предназначенных для эксплуатации при температурах до 2000— 2500 °С. Несмотря на необычайную научно-техническую сложность, эта проблема за последнее десятилетие успешно решена. К тому времени, когда появилась необходимость в жаростойких волокнах, было известно большое число жаростойких материалов, к которым относятся углерод, карбиды. Нитриды, металлы и их сплавы, окислы металлов и др. Превращение этих материалов в волокна представляло собой новую и сложную задачу, так как обычные методы формования химических волокон из расплавов и растворов полимеров в большинстве случаев оказывались непригодными. В настоящее время разработано большое число способов получения жаростойких волокон. Наибольшие успехи достигнуты в производстве жаростойких углеродных и борных волокон. В данном разделе рассматриваются принципы получения и свойства только углеродных волокон. Краткие сведения о других жаростойких волокнах приводятся в монографиях [32]. [c.320]

Многие металлы образуют карбиды М .С , получающиеся при прямом соединении элементов в результате нагревания металла в парах соответствующего углеводорода или нагревания окисла пли какого-либо другого соединения данного металла с углеродом. Исследования химических и физических свойств карбидов металлов показали, что эти соединения можно разбить на три основные группы.. Мы покажем, что эта классификация согласуется с имеющимися данными об их структурах. Поскольку эти соединения существуют только в твердом виде, они представляют собой хорошую иллюстрацию значения рентгенографических исследований для химии . Можно различать следующие группы карбидов [c.523]

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА, КАРБИДЫ МЕТАЛЛОВ [c.196]

Химические свойства углерода. Карбиды. При низки.х температурах и уголь, и графит к, в особенности, алмаз инертны. Пря на.гревании их активность увеличивается уголь легко соединяется с кислородом и служит хорошим восстановителем. Важнейший процесс металлургии — выплавка металлов из руд — осуш есТ вляется путем восстановления оксидов металлов углем (или оксидом углерода). [c.437]

Углерод непосредственно соединяется со многими металлами, образуя карбиды — соединения, в которых углерод электроотрицателен. Степень окисления углерода в карбидах различна. Различны и химические свойства карбидов. С активными металлами — щелочными и щелочноземельными — углерод образует солеподобные карбиды, в которых атомы углерода связаны между собой тройной связью в группировку — С С —, как, например, в СаС . Степень окисления углерода в них —1. При взаимодействии этих карбидов с водой они подвергаются гидролизу с образованием гидроксида металла и ацетилена [c.203]

Несмотря иа то что у атома кремния строеипе внешней электронной оболочки такое же, как у атома углерода, в химии этих двух элементов мало сходства. Действительно, хотя структура элементного кремния такая же, как одной из модификаций углерода— алмаза, а также соблюдается соответствие формул некоторых простейших соединений кремния и углерода, однако в химических и физических свойствах соединений этих элементов редко наблюдается большое сходство. Поскольку кремний бо-. (ее электроположителен, чем углерод, со многими металлами он образует соединения, которые имеют строение, типичное длл сплавов (разд. 23.4), и некоторые из них имеют ту же структуру, что и соответствующие бориды. Фактически кремний во-многом больше напоминает бор, чем углерод, хотя формулы соединений кремния и бора обычно совершенно различны. Некоторые из таких параллелей в химии кремния и бора рассмотрены в начале следующей главы. Силициды ио своему строению мало ио.хожи па карбиды, по весьма сходны с боридами например, -)то проявляется в образовании каркасов из атомов 51 (В), хотя немногие силициды н бориды действительно пзоструктурны. [c.88]

Как уже отмечалось, в соединениях углерода с металлами, атомы которых обладают сильными донорными свойствами, происходит стабилизация хр -конфигураций, обеспечивающих высокую твердость карбидов. Однако, если при этом остается большая доля не участвующих в химической связи электронов, температура плавления подобных карбидов может понижаться. При понижении донорной способности атомов металла наблюдаются меньшая устойчивость 5р -конфигураций и меньший запас неустойчивых электронов, что приводит к меньшей твердости и более высоким температурам плавления. [c.15]

К карбидам относятся соединения углерода с металлами и неметаллами. По характеру межатомных связей карбиды подразделяются на несколько групп. Для получения волокон представляют интерес карбиды с ковалентными межатомными связями и карбиды фазы внедрения. Кристаллические решетки последних построены из атомов металлов переходных групп, между которыми внедрены атомы углерода. Межатомные связи в карбидах фазы внедрения в известной мере подобны межатомным связям металлов. В образовании межатомных связей принимают участие электроны атомов углерода. К карбидам с ковалентными межатомными связями относятся карбиды кремния и бора, к карбидам фазы внедрения — Т1С, 2гС, УС, ЫЬС, ТаС, УС и др. Свойства некоторых карбидов приведены в табл. 7,5. Для карбидов наиболее характерны высокие температура плавления, термостойкость, твердость. Несмотря на большое содержание углерода (до 20 вес, °/о), им присущи некоторые свойства металлов — металлический блеск, электропроводность, положительный коэффициент линейного расширения, но в отличие от металлов их теплопроводность мало изменяется от температуры. Подобно металлам, карбиды способны к термоэмиссии, Карбиды обладают высокой хемостойкостью. Наиболее агрессивной по отношению к карбидам является смесь кислот НР и НЫОз (1 4). Однако неясно, происходит ли растворение карбидов в этой смеси или химическое взаимодействие с ней [55]. Пожалуй, наибольший интерес представляют высокие температуры плавления карбидов для карбидов Т1, ЫЬ, Zv, НГ эти температуры находятся [c.339]

Антифрикционные сплавы с малым коэффициентом трения, например подшипниковый металл, должен иметь разнородную структуру, образованную смесью кристаллов разной твердости. При вращении оси или вала из такого сплава прежде всего разрушаются менее твердые кристаллы, в результате чего трущаяся поверхность подшипника уменьшается и улучшаются условия его смазки. Такими свойствами обладают баббиты, являющиеся, например, сплавом свинца, олова и сурьмы. Наиболее твердыми являются сплавы химических соединений, например карбиды, образованные металлами с углеродом Среди них выделяются карбиды вольфрама, кобальта, титана, бора и других металлов. [c.169]

В тонкораздробленном состоянии цирконий и гафний пиро-форны. При плавлении в графитовых тиглях или нагревании в контакте с углем оба металла образуют весьма устойчивые и тугоплавкие карбиды типа 2гС. На механические свойства этих металлов сильно влияет загрязнение небольшими количествами кислорода, азота или углерода. Цирконий и гафний вполне пластичны при отсутствии в них указанных элементов, но их твердость увеличивается, и они становятся хрупкими при наличии всего лишь нескольких десятых процента этих элементов. Поскольку кислород растворяется в цирконии и гафнии, а их окислы являются весьма стойкими соединениями, ни одним из известных химических [c.167]

До недавнего времени в двойных системах переходный металл (М) - углерод было известно лишь ограниченное число соединений - кристаллических карбидов составов MQ [1-3]. Обладая интересной совокупностью термомеханических, каталитических, электромагнитных свойств, данные фазы давно являются предметом интенсивных исследований [1-7]. Недавнее открытие новых молекулярных форм карбидов (металл-углеродных нанокластеров [8-10]) значительно расширило число стабильных химических соединений в системах М-С. Важно подчеркнуть, что их состав варьируется в широком диапазоне, в ряде случаев значительно превосходя известный [1,2] для конденсированных фаз МСд. критический предел С/М - 1.0. [c.119]

Наиболее важна и многообразна группа химических процессов, связанных с изменением химического состава и свойств веществ. К ним относятся процессы горения — сжигание топлива, серы, пирита и других веществ пирогенные процессы — коксование углей, крекинг нефти, сухая перегонка дерева электрохимические процессы — электролиз растворов и расплавов солей, электроосаждение металлов электротермические процессы — получение карбида кальция, электровозгонка фосфора, плавка стали процессы восстановления — получение железа и других металлов из руд и химических соединений термическая диссоциация — получение извести и глинозема обжиг, спекание — высокотемпературный синтез силикатов, получение цемента и керамики синтез неорганических соединений — получение кислот, щелочей, металлических сплавов и других неорганических веществ гидрирование — синтез аммиака, метанола, гидрогенизация жиров основной органический синтез веществ на основе оксида углерода (II), олефинов, ацетилена и других органических соединений полимеризация и поликонденсация — получение высокомолекулярных органических соединений и на их основе синтетических каучуков, резин, пластмасс и т. д. [c.178]

Среди многочисленных принципиальных и технических идей увеличения эксплуатационных свойств электродов электродуговых плазмотронов заслуживает внимания идея автоматической регенерации катода в процессе работы [5]. Эта идея не универсальна. Она до некоторой степени разработана применительно к углеродсодержащим средам (разряд в летучих углеводородах), термохимическим катодам и катодам из графита. В основе идеи лежит наблюдаемое на опыте явление компенсации материала катода, уносимого вследствие эрозии, осаждением углерода на термохимический катод с образованием своего рода подложки, состав которой зависит от материала первичного катода применительно к металлам типа циркония, гафния и др. эта подложка состоит из тугоплавких карбидов соответствующих металлов применительно к графиту — из углерода, поступившего из объема плазмы. В стационарном режиме наблюдается некий баланс углерода, поступившего из приэлектродной зоны разряда, и углерода, покинувшего рабочую поверхность. Потери углерода обусловлены испарением, катодным распылением, химическим взаимодействием с материалом вставки (первичного катода). По-видимому, углерод поступает на катод в виде положительно заряженных ионов. [c.88]

Однако это условие не может считаться достаточным для объяснения накопленных фактов. Например, металлы с sp-валентными электронами (РЬ, Sn и др.) не дают таких структур, какие характерны для переходных металлов. Затем, несмотря на то, что радиус, например, Та в объемно-центрированной кубической решетке достаточно велик по сравнению с радиусом атома С, чтобы последний мог войти в пустоты решетки тантала, углерод почти не растворяется в объемно-центрированной решетке тантала. Очевидно, устойчивость подобных веществ определяется более сложно, а не просто отношением радиусов атомов. Среди карбидов, нитридов, гидридов есть не только твердые растворы, но и химические соединения переменного состава. Например, по результатам работ Б. Ф. Ормонта и сотрудников тот же углерод с танталом образует различные химические соединения переменного состава. Одно из таких соединений имеет область гомогенности при составе, изменяющемся от ТаСо за до ТаС о,во- Решетка этой Р-фазы отлична от индивидуальных решеток углерода и тантала и представляет собой гексагональную решетку, состоящую из атомов Та, октаэдрические пустоты которой статистически заняты атомами С. Другая, так называемая -f-фаза, представляет собой химическое соединение изменяющегося состава в пределах области гомогенности от Ta o jg до ТаС. Кристаллическая решетка в этом случае состоит из атомов Та с элементарной ячейкой гранецентрированного куба, в октаэдрических пустотах которой находятся атомы С. Когда эти пустоты заполняются полностью атомами С, то решетка превращается в решетку типа Na l (ТаС). Такую же решетку имеет монокарбид титана Ti . В ней может изменяться состав в пределах области гомогенности до Ti g в-Твердость, температура плавления, термодинамические свойства, плотность, периоды решетки и другие свойства этих важнейших жаростойких материалов зависят от состава фаз и изменяются с изменением числа атомов С в решетке. [c.144]

Химические свойства. При обычной температуре углерод весьма инертен. Его хнмкчсская акп БЬ ссть проявляется лишь прн высоких температурах. В качестве окислителя углерод реагирует с некоторыми металлами и 1 ег1еталлг, и. Соедииеиия углерода с металлами называются карбидам и. Например [c.130]

Важными являются химические свойства УМ, в частности взаимодействия с газами, С кислородом графит не взаимодействует до 400°С. Скорость реакции с кислородом и диоксидом углерода (IV) повышается с ростом температуры. Однако при 2600-2700°С имеется явно выраженный минимум реакционной способности по диоксиду углерода, что связано с изменением кристаллической структуры. На реакционную способность графитов существенно влияют примеси некото-рь1х металлов, например железа, меди, ванадия, натрия, которые могут служить катализаторами. ДЛя повышения стойкости графита против окисления применяют покрытия металлами, карбидами, боридами, нитридами и т.д. Ингибиторами окисления графита являются хлор и фосфорсодержащие соединения. Графит взаимодействует с расплавленными металлами, образуя карбиды. Растворимость углерода в металлах связана с дефектностью электронной полосы. [c.217]

В соединениях проявляет степень окисления +2. По химическим свойствам самого металла и многих его соединений Б. сходен с кальцием и особенно стронцием и радием, однако по химической активности превосходит их быстро окисляется на воздухе, образуя на поверхности пленку, содержащую оксид, пероксид и нитрид Б. При нагревании на воздухе легко воспламеняется и сгорает красноватым пламенем энергичнее кальция разлагает воду с выделением водорода и образованием гидроксида Ва(0Н)2. С кислородом образует оксид ВаО, с водородом— гидрид ВаНг, с азотом — нитрид ВазЫг при 260—600 °С, с углеродом — карбид ВаСг. С углеродом и азотом Б. образует цианид Ba( N)2, с галогенами — галогениды. При взаимодействии Б. с безводным хлоридом Б. Ba l2 при 1050 °С образуется хлорид ВаС1. См. также приложение. [c.133]

Ацетилиды и метаниды как по внешнему виду, так и по характеру химической связи напоминают соли и могут быть названы солеподобными карбидами. Исследование строения и свойств этих карбидов позволяет допустить наличие у них полярности. В частности, в молекулах метанидов и ацетилидов предполагается наличие отрицательных ионов углерода С ,. Металлы в них несут положительные заряды. [c.141]

С металлами, а также с некоторыми неметаллами углерод образует соединения, которые представляют собой кристаллические вещества, называемые карбидами. По химическим свойствам карбиды подразделяют на две группы 1) разлагаемые водой или разбавленными кислотами и 2) не разлагаемые ни водой, ни разбавленными кислотами. Важнейшим представителем первой группы является карбид кальция a j 141), который получается накаливанием смеси угля и жженной извести [c.248]

При переходе к переходным металлам УП группы (Мп, Тс, Ке) атомы металлов обладают сильной донорной способностью, вызванной делокализацией электронов и нарушением -конфигураций изолированных атомов при образовании ими соединений, что обус-ловливает резкое ослабление связей Ме — С, и сама возможность образования рением карбидных фаз проблематична. Соответственно химическая устойчивость карбидных фаз этих металлов невысокая. Химические свойства карбидов марганца изучены мало, но в работе [10] исследовались газообразные продукты, выделяющиеся при разложении фаз системы Мп — С соляной кислотой. При этом обнаружено, что если при разложении металлического марганца выделяется только водород, то при разложении карбида МП4С наряду с водородом в продуктах разложения обнаружены метан и этан при разложении МидС выделяется водород, метан, этан, пропан и т. д., т. е. с повышением содержания углерода в карбидных фазах возрастает число компонентов газовой смеси, следовательно, характер химической связи усложняется. [c.7]

Самой распространенной формой углерода является графит, поэтому его химические свойства рассматриваются более подробно. Графит инертен при нормальных условиях. При 1200 °С начинает взаимодействовать с водородом с образованием метана СН4. При нагревании на воздухе воспламеняется и горит с образованием оксидов СО и СО2. С молекулярным азотом графит не реагирует. С атомами азота, образующимися в электрическом разряде, взаимодействует с образованием дициана СзМз- При взаимодействии со смесью N2 и Н2 образуется циановодород нем. С большинством металлов графит дает карбиды. Характерной особенностью графита является образование соединений включения, которые возникают при проникновении атомов, ионов или молекул между раздвигаюп имися неразрушенными углеродными слоями. Соединения включения графит образует с щелочными металлами, галогенами, галогенидами, оксидами и сульфидами металлов. Графит устойчив по отношению к кислотам и растворам солей, реагирует с растворами щелочей. [c.340]

Иногда одного определения общего количества отдельных элементов (или их окислов) в исследуемом образце недостаточно для суждения о его качестве, необходимо также знать, в виде каких соединений эти элементы присутствуют в нем и каковы относительные количества этих соединений. Например, углерод может присутствовать в сплавах черных металлов как в свободном состоянии—в виде графита, так и в связанном—в виде карбидов. В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплаве, свойства сплава весьма сильно изменяются. Поэтому наряду с общим содержанием углерода иногда определяют также количество свободного и связанного углерода в сплаве. Подобно этому, при анализе глин или бокситов, наряду с общим содержанием SiOj. AI2O3, РезОз, химически связанной воды и т. д., определяют также, сколько SiOj присутствует в виде кварца и сколько—в виде различных силикатов. Определение отдельных соединений того или иного э.аемента, входящих в состав исследуемого объекта, составляет задачу так называемого фазового анализа. При фазовом анализе определяемое соединение каким-либо способом предварительно отделяют (например, пользуясь различным отношением к действию растворителей или различиями каких-либо физических свойств) от других соединений данного элемента, присутствующих в анализируемом веществе, после чего это соединение анализируют. [c.9]

Химические свойства. На воздухе окисляется с поверхности и тускнеет, особенно, если содержит карбид МпзС. Легко соединяется с углеродом, серой, хлором раств. в кислотах, образуя соли с выделением водорода. Вода действует на холоду на М. очень медленно, при нагревании — быстрее. М. вытесняет многие металлы (Аз, 8Ь, В1, 5п, Си, 2п) из растворов их солей. [c.428]

Многие металлы образуют карбиды М,гС , получающиеся либо-прямым синтезом из элементов, либо при нагреванпп металла в парах соответствующего углеводорода, либо при нагреванпп оксида или другого соединеиия металла с углеродом. Химические и физические свойства карбидов позволяют разделить их иа четыре класса [c.46]

Обращает на себя внимание различие в скоростях взаимодействия близких по химическому составу шихт. Скорости разложения окисно-карбидной смеси оказываются намного больше, чем оксикарбида ниобия. Это показывает, что условия получения исходных реагентов оказывают большое влияние на структурные свойства промежуточных продуктов. Из экспериментальных данных следует, что если смесь пятиокиси ниобия и сажи, взятых в стехиометрическом отношении на металл (NbjOg-j-S ), нагревать в атмосфере окиси углерода при 1500°, то в зависимости от продолжительности нагревания можно получить различные конечные продукты. Если скорость нагрева высокая, а продолжительность выдержки небольшая (5—10 минут), то конечные продукты взаимодействия в основном содержат двуокись и карбид ниобия (NbOjH-Nb J, причем этот состав, как показали предыдущие исследования [ ], имеет место в довольно широком температурном интервале (1400—1800°). При длительных выдержках фазовый состав меняется в результате взаимной диффузии атомов кислорода и углерода в решетках карбида и окисла в конечных продуктах при атмосферном давлении окиси углерода образуется оксикарбид ниобия с кубической решеткой. Разложение иослед- [c.235]

Влияние углерода. Почти все производимое в промышленности железо содержит углерод. В зависимости от условий получения углерод может быть растворенным в железе, химически связанным с железом в карбид железа—-цементит РезС и распределенным в железе в виде кристалликов графита. При максимальном содержании (6,67 %) весь углерод находится в железе в форме цементита. Свойства железа при повышении содержания угле-рода существенно изменяются, а именно понижается способность к деформации, повышается твердость и хрупкость, максимально увеличивается эластичность, достигает минимума температура плавления (1145°С при 4,28 % С), понижается ковкость, вальцуемость и свариваемость, основанные на способности металла деформироваться в состоянии размягчения до достижения температуры плавления, улучшаются литейные свойства, поскольку состояние жидкотекучести металла достигается при более низкой температуре, появляется и увеличивается степень остаточного магнетизма. [c.426]

К этому типу относятся карбиды и нитриды большинства переходных металлов. Они получаются нагреванием мелкораздробленного металла в азоте, аммиаке или парах углеводорода, инертны в химическом отношении, очень тверды и обладают металлической проводимостью. Такие вещества имеют самые высокие температуры плавления из всех твердых тел (система Та42гСв плавится при 4215 °К). Составы таких веществ переменные, и формулы идеальных или предельных соединений, очевидно, не определяются обычными валентными соотношениями. В большинстве случаев атомы металла расположены в виде гранецентрированной кубической решетки (хотя сами металлы часто имеют иные структуры), а часть октаэдрических и тетраэдрических пустот занята атомами углерода или азота (см. стр. 224). Иногда вообще не удается достичь идеального состава (ср. с Ре5 на стр. 261). Всегда существует интервал составов, в котором свойства системы остаются практически одинаковыми. Так, в фазе 2 0,74- ,о от до /2 всех октаэдрических дырок гранецентрированной решетки ванадия могут быть заняты атомами углерода, и лишь затем происходит переход в другую фазу. Выделение тепла, сопровождающее простое растворение атомов углерода или азота в металле, совершенно не достаточно для того, чтобы обеспечить необходимое предварительное превращение твердого углерода [c.265]

При эмиссионном анализе битумо-в, коксов, ископаемых углей, а также золы с испарением пробы из канала электрода чаще всего в качестве разбавителя используют графитовый или угольный порошок. Угольный порошок обладает свойствами, которые делают его незаменимым разбавителем. Угольный порошок является доступным спектрально-чистым веществом. При отсутствии готового порошка его легко можно приготовить из спектральных углей. Следует отметить малолинейчатый характер его спектра. Благодаря этому даже при значительном разбавлении пробы спектрограмма образца не загромождается лишними линиями. Если при этом учесть, что в подавляющем большинстве случаев для анализа применяют угольные электроды, то легко представить преимущество угольного порошка перед другими разбавителями. Б то же время при исключительной простоте и доступности разбавления пробы угольным порошком его влияние на ход и результаты анализа весьма сложно и значительно. При анализе непроводящих материалов угольный порошок придает пробе электропроводность. Угольный порошок препятствует образованию в канале электрода крупной капли расплава во время горения дуги. В присутствии угольного порошка образуется большое количество мелких капель, в результате чего испарение пробы протекает спокойнее, фракционирование заметно ослабляется, разбрызгивание и выброс пробы уменьшаются. Углерод, будучи энергичным восстановителем, оказывает химическое воздействие на пробу во время горения дуги, восстанавливая исходные соединения до металлов, а с некоторыми из них образует труднолетучие карбиды. Сложные соединения разрушаются, и состав пробы приходит к единым молекулярным формам. [c.75]

Способность углерода к химическому соединению с металлами имеет существенное значение в металлургии. Например, образующийся при плавке чугуна карбид железа РезС цементит) сильно влияет на механические и прочие свойства чугуна. Нередко в тех случаях, когда ставится цель получить чистый металл, приходится отказываться от углерода как от восстановителя и заменять его другим восстановителем. [c.258]