Odpre glavni meni

Aluminijev karbid

Aluminijev karbid
Model osnovne kristalne celice
Identifikatorji
Številka CAS 1299-86-1
PubChem 16685054
EINECS število 215-076-2
UN število UN 1394
SMILES
InChI
ChemSpider 21241412
Lastnosti
Molekulska formula Al4C3
Molekulska masa 143,95853 g/mol
Videz brezbarvni (če je čist) heksagonalni kristali[1]
Vonj brez vonja
Gostota 2,36 g/cm3[1]
Tališče

2200 °C, 2473 K, 3992 °F

Vrelišče

pri 1400 °C razpade[2]

Topnost (voda) 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
Standardna tvorbena
entalpija
ΔfHo298
-209 kJ/mol
Standardna molarna
entropija
So298
88,95 J/mol K
Specifična toplota, C 116,8 J/mol K
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za
material v standardnem stanju (pri 25 °C, 100 kPa)

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.

StrukturaUredi

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.

PripravaUredi

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

ReakcijeUredi

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

NahajališčaUredi

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.

UporabaUredi

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]

SkliciUredi

  1. 1,0 1,1 1,2 M. Eagleson (1994). Concise encyclopedia chemistry. Walter de Gruyter. str. 52. ISBN 3-11-011451-8. 
  2. 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. 3,0 3,1 NN. Greenwood, A. Earnshaw (1997). Chemistry of the Elements. 2. izdaja. Butterworth-Heinemann. str. 297. ISBN 0080379419.
  4. D.D.L. Chung (2010). Composite Materials: Functional Materials for Modern Technologies. Springer. str. 315. ISBN 1-84882-830-6.
  5. Reactions of the Acid Radicals: Carbides. CUP Archive. str. 102.
  6. 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.
  7. J.J. Saveker in drugi. High speed cutting tool. U.S. Patent 6,033,789, Datum izdaje: 7. marec 2000.
  8. E. Pietsch, urednik. Gmelins Hanbuch der anorganischen Chemie: Aluminium, Teil A. Verlag Chemie, Berlin, 1934–1935.