दुनिया में बहुत सारे विभिन्न रासायनिक यौगिक ज्ञात हैं: लगभग करोड़ों। और वे सभी, लोगों की तरह, व्यक्तिगत हैं। ऐसे दो पदार्थों को खोजना असंभव है जिनमें अलग-अलग संरचना वाले समान रासायनिक और भौतिक गुण हों।
दुनिया में मौजूद सबसे दिलचस्प अकार्बनिक पदार्थों में से एक कार्बाइड है। इस लेख में, हम उनकी संरचना, भौतिक और रासायनिक गुणों, अनुप्रयोगों पर चर्चा करेंगे और उनके उत्पादन की पेचीदगियों का विश्लेषण करेंगे। लेकिन पहले, खोज के इतिहास के बारे में थोड़ा।
इतिहास
धातु कार्बाइड, जिनके सूत्र हम नीचे देंगे, वे प्राकृतिक यौगिक नहीं हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि पानी के साथ बातचीत करते समय उनके अणु विघटित हो जाते हैं। इसलिए, यहां कार्बाइड को संश्लेषित करने के पहले प्रयासों के बारे में बात करना उचित है।
1849 से सिलिकॉन कार्बाइड के संश्लेषण के संदर्भ हैं, लेकिन इनमें से कुछ प्रयास अपरिचित हैं। बड़े पैमाने पर उत्पादन 1893 में अमेरिकी रसायनज्ञ एडवर्ड एचेसन द्वारा एक प्रक्रिया में शुरू किया गया था जिसे बाद में उनके नाम पर रखा गया था।
कैल्शियम कार्बाइड के संश्लेषण का इतिहास भी बड़ी मात्रा में जानकारी में भिन्न नहीं है। 1862 में, जर्मन रसायनज्ञ फ्रेडरिक वोहलर ने मिश्रधातु वाले जस्ता और कैल्शियम को कोयले के साथ गर्म करके इसे प्राप्त किया।
अब अधिक दिलचस्प वर्गों पर चलते हैं: रासायनिक औरभौतिक गुण। आखिरकार, इस वर्ग के पदार्थों के उपयोग का पूरा सार उन्हीं में निहित है।
भौतिक गुण
बिल्कुल सभी कार्बाइड अपनी कठोरता से पहचाने जाते हैं। उदाहरण के लिए, मोह पैमाने पर सबसे कठोर पदार्थों में से एक टंगस्टन कार्बाइड है (10 में से 9 संभावित बिंदु)। इसके अलावा, ये पदार्थ बहुत दुर्दम्य हैं: उनमें से कुछ का गलनांक दो हजार डिग्री तक पहुंच जाता है।
अधिकांश कार्बाइड रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं और थोड़ी मात्रा में पदार्थों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। वे किसी भी सॉल्वैंट्स में अघुलनशील हैं। हालांकि, विघटन को बांड के विनाश और धातु हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोकार्बन के निर्माण के साथ पानी के साथ बातचीत माना जा सकता है।
हम अगले भाग में अंतिम प्रतिक्रिया और कार्बाइड से जुड़े कई अन्य दिलचस्प रासायनिक परिवर्तनों के बारे में बात करेंगे।
रासायनिक गुण
लगभग सभी कार्बाइड पानी के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। कुछ - आसानी से और बिना गर्म किए (उदाहरण के लिए, कैल्शियम कार्बाइड), और कुछ (उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड) - जल वाष्प को 1800 डिग्री तक गर्म करके। इस मामले में प्रतिक्रियाशीलता यौगिक में बंधन की प्रकृति पर निर्भर करती है, जिसकी चर्चा हम बाद में करेंगे। जल के साथ अभिक्रिया में विभिन्न हाइड्रोकार्बन बनते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि पानी में मौजूद हाइड्रोजन कार्बाइड में कार्बन के साथ जुड़ जाता है। मूल पदार्थ में निहित कार्बन की संयोजकता के आधार पर यह समझना संभव है कि कौन सा हाइड्रोकार्बन निकलेगा (और संतृप्त और असंतृप्त दोनों यौगिक निकल सकते हैं)। उदाहरण के लिए, यदि आपहमारे पास कैल्शियम कार्बाइड है, जिसका सूत्र CaC2 है, हम देखते हैं कि इसमें आयन C22- है। । इसका मतलब है कि दो हाइड्रोजन आयनों को एक + चार्ज के साथ जोड़ा जा सकता है। इस प्रकार, हमें यौगिक C2H2 - एसिटिलीन प्राप्त होता है। इसी प्रकार एल्युमिनियम कार्बाइड जैसे यौगिक से, जिसका सूत्र Al4C3 है, हमें CH प्राप्त होता है। 4। क्यों नहीं सी3एच12, आप पूछें? आखिरकार, आयन पर 12- का चार्ज होता है। तथ्य यह है कि हाइड्रोजन परमाणुओं की अधिकतम संख्या 2n + 2 सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है, जहाँ n कार्बन परमाणुओं की संख्या है। इसका मतलब यह है कि केवल C3H8 (प्रोपेन) सूत्र वाला एक यौगिक मौजूद हो सकता है, और वह आयन 12- के चार्ज के साथ तीन में क्षय हो जाता है 4- चार्ज वाले आयन, जो प्रोटॉन के साथ मिलकर मीथेन के अणु देते हैं।
कार्बाइडों की ऑक्सीकरण अभिक्रियाएँ रोचक होती हैं। ऑक्सीकरण एजेंटों के मजबूत मिश्रण के संपर्क में आने पर और ऑक्सीजन वातावरण में सामान्य दहन के दौरान दोनों हो सकते हैं। यदि ऑक्सीजन के साथ सब कुछ स्पष्ट है: दो ऑक्साइड प्राप्त होते हैं, तो अन्य ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ यह अधिक दिलचस्प होता है। यह सब धातु की प्रकृति पर निर्भर करता है जो कार्बाइड का हिस्सा है, साथ ही ऑक्सीकरण एजेंट की प्रकृति पर भी निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड, जिसका सूत्र SiC है, नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के मिश्रण के साथ बातचीत करते समय, कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई के साथ हेक्साफ्लोरोसिलिक एसिड बनाता है। और वही प्रतिक्रिया करते समय, लेकिन केवल नाइट्रिक एसिड के साथ, हमें सिलिकॉन ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड मिलता है। हलोजन और चाकोजेन को ऑक्सीकरण एजेंट भी कहा जा सकता है। कोई भी कार्बाइड उनके साथ परस्पर क्रिया करता है, प्रतिक्रिया सूत्र केवल उसकी संरचना पर निर्भर करता है।
धातु कार्बाइड, जिन सूत्रों पर हमने विचार किया है, वे इस वर्ग के यौगिकों के एकमात्र प्रतिनिधियों से बहुत दूर हैं। अब हम इस वर्ग के औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण यौगिकों में से प्रत्येक पर करीब से नज़र डालेंगे और फिर हमारे जीवन में उनके आवेदन के बारे में बात करेंगे।
कार्बाइड क्या हैं?
यह पता चला है कि कार्बाइड, जिसका सूत्र, CaC2, संरचना में SiC से काफी भिन्न है। और अंतर मुख्य रूप से परमाणुओं के बीच बंधन की प्रकृति में है। पहले मामले में, हम नमक जैसे कार्बाइड के साथ काम कर रहे हैं। यौगिकों के इस वर्ग का नाम इसलिए रखा गया है क्योंकि यह वास्तव में नमक की तरह व्यवहार करता है, अर्थात यह आयनों में विघटित होने में सक्षम है। ऐसा आयनिक बंधन बहुत कमजोर होता है, जिससे हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया और कई अन्य परिवर्तनों को अंजाम देना आसान हो जाता है, जिसमें आयनों के बीच बातचीत भी शामिल है।
एक और, शायद अधिक औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण, कार्बाइड का प्रकार सहसंयोजक कार्बाइड है, जैसे कि SiC या WC। उन्हें उच्च घनत्व और ताकत की विशेषता है। रसायनों को पतला करने के लिए भी दुर्दम्य और निष्क्रिय।
धातु जैसी कार्बाइड भी होते हैं। उन्हें कार्बन के साथ धातुओं के मिश्र धातु के रूप में माना जा सकता है। इनमें से, कोई भेद कर सकता है, उदाहरण के लिए, सीमेंटाइट (आयरन कार्बाइड, जिसका सूत्र भिन्न होता है, लेकिन औसतन यह लगभग निम्नलिखित है: Fe3C) या कच्चा लोहा। उनके पास आयनिक और सहसंयोजक कार्बाइड के बीच की एक रासायनिक गतिविधि मध्यवर्ती है।
रासायनिक यौगिकों के वर्ग की इन उप-प्रजातियों में से प्रत्येक का अपना व्यावहारिक अनुप्रयोग है। कैसे और कहाँ आवेदन करेंप्रत्येक के बारे में, हम अगले भाग में बात करेंगे।
कार्बाइड्स का व्यावहारिक अनुप्रयोग
जैसा कि हम पहले ही चर्चा कर चुके हैं, सहसंयोजक कार्बाइड में व्यावहारिक अनुप्रयोगों की व्यापक रेंज है। ये अपघर्षक और काटने वाली सामग्री हैं, और विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग की जाने वाली मिश्रित सामग्री (उदाहरण के लिए, बॉडी आर्मर बनाने वाली सामग्रियों में से एक के रूप में), और ऑटो पार्ट्स, और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, और हीटिंग तत्व, और परमाणु ऊर्जा। और यह इन सुपरहार्ड कार्बाइड्स के लिए आवेदनों की पूरी सूची नहीं है।
नमक बनाने वाली कार्बाइड में सबसे कम अनुप्रयोग होता है। पानी के साथ उनकी प्रतिक्रिया का उपयोग हाइड्रोकार्बन के उत्पादन के लिए एक प्रयोगशाला विधि के रूप में किया जाता है। यह कैसे होता है, हम पहले ही चर्चा कर चुके हैं।
सहसंयोजक के साथ, धातु जैसी कार्बाइड का उद्योग में सबसे व्यापक अनुप्रयोग है। जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, हम जिन यौगिकों के बारे में चर्चा कर रहे हैं, वे हैं स्टील्स, कास्ट आयरन और कार्बन से जुड़े अन्य धातु के यौगिक। नियमानुसार ऐसे पदार्थों में पाई जाने वाली धातु d-धातुओं के वर्ग की होती है। यही कारण है कि यह सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए इच्छुक नहीं है, लेकिन, जैसा कि यह था, धातु की संरचना में पेश किया जाना था।
हमारी राय में, उपरोक्त यौगिकों में पर्याप्त से अधिक व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। आइए अब उन्हें प्राप्त करने की प्रक्रिया पर एक नज़र डालते हैं।
कार्बाइड का उत्पादन
पहले दो प्रकार के कार्बाइड जिनकी हमने जांच की, अर्थात् सहसंयोजक और नमक जैसे, अक्सर एक सरल तरीके से प्राप्त होते हैं: उच्च तापमान पर तत्व और कोक के ऑक्साइड की प्रतिक्रिया से। उसी समय, भागकोक, कार्बन से मिलकर, ऑक्साइड की संरचना में एक तत्व के एक परमाणु के साथ मिलकर एक कार्बाइड बनाता है। दूसरा भाग ऑक्सीजन लेता है और कार्बन मोनोऑक्साइड बनाता है। यह विधि बहुत ऊर्जा की खपत करती है, क्योंकि इसके लिए प्रतिक्रिया क्षेत्र में उच्च तापमान (लगभग 1600-2500 डिग्री) बनाए रखने की आवश्यकता होती है।
कुछ विशेष प्रकार के यौगिकों को प्राप्त करने के लिए वैकल्पिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक यौगिक का अपघटन, जो अंततः एक कार्बाइड देता है। प्रतिक्रिया सूत्र विशिष्ट यौगिक पर निर्भर करता है, इसलिए हम इसकी चर्चा नहीं करेंगे।
इससे पहले कि हम अपना लेख समाप्त करें, आइए कुछ दिलचस्प कार्बाइड्स पर चर्चा करें और उनके बारे में अधिक विस्तार से बात करें।
दिलचस्प कनेक्शन
सोडियम कार्बाइड। इस यौगिक का सूत्र C2Na2 है। इसे कार्बाइड के बजाय एसिटिलीनाइड (यानी सोडियम परमाणुओं द्वारा एसिटिलीन में हाइड्रोजन परमाणुओं के प्रतिस्थापन का उत्पाद) के रूप में अधिक सोचा जा सकता है। रासायनिक सूत्र इन सूक्ष्मताओं को पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करता है, इसलिए उन्हें संरचना में खोजा जाना चाहिए। यह एक बहुत ही सक्रिय पदार्थ है और पानी के किसी भी संपर्क में यह एसिटिलीन और क्षार के गठन के साथ इसके साथ बहुत सक्रिय रूप से संपर्क करता है।
मैग्नीशियम कार्बाइड। फॉर्मूला: एमजीसी2। इस पर्याप्त सक्रिय यौगिक को प्राप्त करने के तरीके रुचि के हैं। उनमें से एक में उच्च तापमान पर कैल्शियम कार्बाइड के साथ मैग्नीशियम फ्लोराइड का सिंटरिंग शामिल है। इसके परिणामस्वरूप, दो उत्पाद प्राप्त होते हैं: कैल्शियम फ्लोराइड और कार्बाइड जिसकी हमें आवश्यकता होती है। इस प्रतिक्रिया का सूत्र काफी सरल है, और आप चाहें तो इसे विशेष साहित्य में पढ़ सकते हैं।
यदि आप लेख में प्रस्तुत सामग्री की उपयोगिता के बारे में सुनिश्चित नहीं हैं, तो निम्नलिखितआपके लिए अनुभाग।
यह जीवन में कैसे उपयोगी हो सकता है?
खैर, सबसे पहले तो रासायनिक यौगिकों का ज्ञान कभी भी अतिश्योक्तिपूर्ण नहीं हो सकता। इसके बिना रहने की तुलना में ज्ञान से लैस होना हमेशा बेहतर होता है। दूसरे, जितना अधिक आप कुछ यौगिकों के अस्तित्व के बारे में जानते हैं, उतना ही बेहतर आप उनके गठन के तंत्र और उनके अस्तित्व की अनुमति देने वाले कानूनों को समझते हैं।
अंत में आगे बढ़ने से पहले, मैं इस सामग्री के अध्ययन के लिए कुछ सिफारिशें देना चाहूंगा।
इसका अध्ययन कैसे करें?
बहुत ही सरल। यह सिर्फ रसायन विज्ञान की एक शाखा है। और इसका अध्ययन रसायन शास्त्र की पाठ्यपुस्तकों में किया जाना चाहिए। स्कूल की जानकारी से शुरू करें और विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकों और संदर्भ पुस्तकों से अधिक गहन जानकारी की ओर बढ़ें।
निष्कर्ष
यह विषय उतना सरल और उबाऊ नहीं है जितना पहली नज़र में लगता है। रसायन शास्त्र हमेशा दिलचस्प हो सकता है यदि आप इसमें अपना उद्देश्य ढूंढते हैं।
