Aluminijev karbid
Imena | |
---|---|
Priporočeno IUPAC ime
Aluminijev karbid | |
Identifikatorji | |
3D model (JSmol)
|
|
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.013.706 |
EC število |
|
PubChem CID
|
|
UN število | UN 1394 |
CompTox Dashboard (EPA)
|
|
| |
| |
Lastnosti | |
Al4C3 | |
Molska masa | 143,95853 g/mol |
Videz | brezbarvni (če je čist) heksagonalni kristali[1] |
Vonj | brez vonja |
Gostota | 2,36 g/cm3[1] |
Tališče | 2.200 °C (3.990 °F; 2.470 K) |
Vrelišče | pri 1400 °C razpade[2] |
v vodi razpade | |
Struktura | |
Kristalna struktura | romboedrična, Pearsonov simbol: hR21, prostorska skupina: R3m, No. 166. a = 0,3335 nm, b = 0,3335 nm, c = 0,85422 nm, α = 78,743 °, β = 78,743 °, γ = 60 °[2] |
Termokemija | |
Specifična toplota, C | 116,8 J/mol K |
Standardna molarna entropija S |
88,95 J/mol K |
Std tvorbena
entalpija (ΔfH⦵298) |
-209 kJ/mol |
Gibbsova prosta energija (ΔfG˚)
|
-196 kJ/mol |
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za material v standardnem stanju pri 25 °C, 100 kPa). | |
Sklici infopolja | |
Aluminijev karbid je kemijska spojina s formulo Al4C3. Je svetlo rumena do rjava kristalna trdnina, stabilna do 1400 °C. V vodi hidrolizira, pri čemer nastaja metan.
Struktura
Aluminijev karbid ima nenavadno strukturo, sestavljeno iz dveh vrst plasti. Struktura temelji na dveh vrstah tetraedrov AlCl4 in zato tudi dveh vrstah ogljikovih atomov. Eden od njih je obdan z deformiranim oktaedrom šestih Al atomov na razdalji 217 pm. Drugi je obdan s štirimi atomi Al na razdalji 190–194 pm in petim Al atomom na razdalji 221 pm.[3] Kompleksne strukture imajo tudi drugi karbidi, ki se po IUPAC nomenklaturi imenujejo metidi.
Priprava
Aluminijev karbid se pripravlja z neposredno reakcijo aluminija in ogljika v električni obločni peči:[3]
- 4 Al + 3 C → Al4C3
Možna je tudi zamenjava aluminija z glinico, ki je manj primerna zaradi nastajanja ogljikovega monoksida:
- 2 Al2O3 + 9 C → Al4C3 + 6 CO
Tretja možnost je reakcija silicijevega karbida z aluminijem:[4]
- 4 Al + 3 SiC → Al4C3 + 3 Si
Reakcije
Aluminijev karbid hidrolizira, pri čemer se sprošča metan. Reakcija poteka že pri sobni temperaturi. S segrevanjem se njena hitrost močno poveča:[5]
- Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4
Podobne reakcije potekajo tudi s protičnimi reagenti:[1]
- Al4C3 + 12 HCl → 4 AlCl3 + 3 CH4
Nahajališča
Majhne količine aluminijevega karbida so pogosta nečistoča v kalcijevem karbidu. V elektrolitski proizvodnji aluminija nastaja kot produkt korozije grafitnih elektrod.
V kompozitih z aluminijevo matrico, ojačano s kovinskimi karbidi (silicijev karbid, borov karbid), pogosto nastaja aluminijev karbid, ki je zaradi krhkosti nezaželen. Pri temperaturah nad 500 °C nastaja tudi v reakciji aluminijeve matrice z ogljikovimi vlakni. Boljšo omočljivost vlaken in inhibiranje reakcije se doseže s prevlekami, na primer iz titanovega borida.
Uporaba
Fino dispergirani delci aluminijevaga karbida v aluminijevi matrici zmanjšajo polzenje materiala, zlasti v kombinaciji z delci silicijevega karbida.[6]
Uporablja se lahko tudi kot abraziv za visoko hitrostna rezilna orodja.[7] Karbid ima podobno trdoto kot topaz (8).[8]
Sklici
- ↑ 1,0 1,1 1,2 M. Eagleson (1994). Concise encyclopedia chemistry. Walter de Gruyter. str. 52. ISBN 3-11-011451-8.
- ↑ 2,0 2,1 T.M. Gesing, W. Jeitschko (1995). The Crystal Structure and Chemical Properties of U2Al3C4 and Structure Refinement of Al4C3. Zeitschrift für Naturforschung B 50: 196–200.
- ↑ 3,0 3,1 NN. Greenwood, A. Earnshaw (1997). Chemistry of the Elements. 2. izdaja. Butterworth-Heinemann. str. 297. ISBN 0080379419.
- ↑ D.D.L. Chung (2010). Composite Materials: Functional Materials for Modern Technologies. Springer. str. 315. ISBN 1-84882-830-6.
- ↑ Reactions of the Acid Radicals: Carbides. CUP Archive. str. 102.
- ↑ S.J. Zhu, L.M. Peng, Q. Zhou, Z.Y. Ma, K. Kucharova, J. Cadek (1998). Creep behaviour of aluminium strengthened by fine aluminium carbide particles and reinforced by silicon carbide particulates DS Al-SiC/Al4C3 composites. Acta Technica CSAV 5: 435–455.
- ↑ J.J. Saveker in drugi. High speed cutting tool. U.S. Patent 6,033,789, Datum izdaje: 7. marec 2000.
- ↑ E. Pietsch, urednik. Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A. Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.