Carbur, qualsevol classe de compostos químics en què es combina el carboni amb un element metàl·lic o semimetàlic. El carbur de calci és important principalment com a font d’acetilè i altres productes químics, mentre que els carburs de silici, tungstè i diversos altres elements es valoren per la seva duresa física, resistència i resistència a l’atac químic, fins i tot a temperatures molt altes. El carbur de ferro (cementita) és un component important de l’acer i la fosa.
Processament d’urani: combustibles de carbur
Es coneixen diversos carburos d’urani i plutoni, inclosos els monocarburs (UC, PuC), els sesquicarburs (U2C3, .
Preparació de carburs
Els carbohidrats es preparen a partir de carboni i un element d’electroegativitat similar o inferior, normalment un metall o òxid metàl·lic, a temperatures de 1.000-2.800 ° C (1.800-5.100 ° F). Gairebé qualsevol carbur es pot preparar mitjançant un dels diversos mètodes generals. El primer mètode consisteix en la combinació directa dels elements a temperatures altes (2.000 ºC o 3.600 º F) o superiors. El segon mètode és la reacció d’un compost d’un metall, normalment un òxid, amb carboni a alta temperatura. Dos mètodes addicionals involucren la reacció d’un metall o sal metàl·lica amb un hidrocarbur, generalment acetileno, C 2 H 2. En un dels mètodes, el metall escalfat reacciona amb un hidrocarbur gasós; en l’altra, un metall es dissol en amoníac líquid, NH 3 i l’hidrocarbur es bombolla per la solució. Carburs que es preparen amb acetilè es diuen acetilurs i contenen el C 2 2- anió. Per exemple, els acetilurs de metall alcalí es preparen millor dissolent el metall alcalí en amoníac líquid i passant acetilen per la solució. Aquests compostos, que tenen la fórmula general M 2 C 2 (on M és el metall), són sòlids cristal·lins incolors. Reaccionen violentament amb l’aigua i, quan s’escalfen a l’aire, s’oxiden al carbonat. Els carburs alcalinoterris també són acetilids. Tenen la fórmula general MC 2 i es preparen escalfant el metall alcalí-terra amb acetileno per sobre de 500 ° C (900 ° F).
Classificació dels carburs
La classificació dels carburos en funció del tipus estructural és bastant difícil, però tres grans classificacions es deriven de les tendències generals de les seves propietats. Els metalls més electropositius formen carburs iònics o similars a la sal, els metalls de transició al mig de la taula periòdica solen formar el que s’anomenen carburs intersticials, i els no metals d’electronegativitat semblants al de carboni en forma de carburs covalents o moleculars.
Carburs jònics
Els carburs jònics tenen anions de carboni discrets de les formes C 4, de vegades anomenades metanides ja que es pot considerar que provenen del metà, (CH 4); C 2 2-, anomenat acetilurs i derivat d'acetilè (C 2 H 2); i C 3 4−, derivat de l 'alè (C 3 H 4). Els metanides més ben caracteritzats són probablement el carbur de beril·li (Be 2 C) i el carbur d’alumini (Al 4 C 3). L’òxid de berili (BeO) i el carboni reaccionen a 2.000 ºC (3.600 º F) per produir el carbur de beril·li vermell de maó, mentre que el carbur d’alumini de color groc pàl·lid es prepara a partir d’alumini i carboni en un forn. El carbur d’alumini reacciona com a metanid típic amb l’aigua per produir metà. Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al (OH) 3 + 3CH 4
Hi ha molts acetilurs ben coneguts i ben caracteritzats. A més dels metalls alcalins i els metalls alcalins de la terra esmentats anteriorment, el lantà (La) forma dos acetilids diferents, i el coure (Cu), l’argent (Ag) i l’or (Au) formen acetil·lids explosius. El zinc (Zn), el cadmi (Cd) i el mercuri (Hg) també formen acetil·lids, tot i que no estan tan ben caracteritzats. El més important d'aquests compostos és el carbur de calci, CaC 2. L’ús principal per al carbur de calci és com a font d’acetilè per al seu ús en la indústria química. El carbur de calci es sintetitza industrialment a partir d’òxid de calci (calç), CaO i carboni en forma de coc a uns 2.200 ºC (4.000 ºF). El carbur de calci pur té un punt de fusió elevat (2.300 ° C [4.200 ° F]) i és un sòlid incolor. La reacció de CaC 2 amb l’aigua produeix C 2 H 2 i una quantitat important de calor, de manera que la reacció es realitza en condicions controlades amb cura. CaO + 3C → CaC 2 + CO
CaC 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2 El carbur de calci també reacciona amb gas nitrogenat a temperatures elevades (1.000–1.200 ° C [1.800–2.200 ° F]) a formen cianamida de calci, CaCN 2. CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + CTh és una reacció industrial important perquè el CaCN 2 troba un ús extensiu com a fertilitzant per la seva reacció amb aigua per produir cianamida, H 2 NCN. La majoria dels MC 2 acetilurs tenen la CaC 2 estructura, que es deriva de l'estructura de clorur de sodi cúbic (NaCl). Les unitats C 2 es troben paral·leles al llarg dels eixos cel·lulars, provocant una distorsió de la cèl·lula de cúbics a tetragonals.
Carburs intersticials
Els carburs intersticials es deriven principalment de metalls de transició relativament grans que actuen com a gelosia hoste per als petits àtoms de carboni, que ocupen els intersticis dels àtoms metàl·lics tancats. (Vegeu el cristall per a una discussió sobre els arranjaments d’embalatge en sòlids.) Els carburs interticials es caracteritzen per una duresa extrema, però alhora una fragilitat extrema. Tenen punts de fusió molt elevats (generalment uns 3.000-4.000 ° C [5.400–7.200 ° F]) i conserven moltes de les propietats associades al metall en si, com ara una elevada conductivitat de la calor i l’electricitat, així com la brillantor metàl·lica. A temperatures elevades, alguns carburs intersticials conserven les propietats mecàniques dels metalls, com la mal·leabilitat. Molts dels metalls de transició precoç tenen ràdios prou grans com per formar monocarburs intersticials, MC. El radi crític (és a dir, mínim) sembla aproximadament 1,35 angstroms (1,35 × 10 −8 cm, o 5,32 × 10 −9 polzades). Tot i això, la majoria de metalls de transició formen carburs intersticials de diverses estequiometries. Per exemple, el manganès (Mn) és conegut per formar almenys cinc carburs intersticials diferents. En contrast amb els carburs iònics, la majoria de carburs intersticials no reaccionen amb l'aigua i són químicament inerts. Alguns tenen una importància industrial, incloent-hi el carbur de tungstè (WC) i el carbur de tàntal (TaC), que s'utilitzen com a eines de tall d'alta velocitat per la seva duresa extrema i la seva inertesa química. El carbur de ferro (cementita), Fe 3 C, és un component important en l’acer.
