Aluminijev karbid

Aluminijev karbid
Imena
	Priporočeno IUPAC ime Aluminijev karbid
Identifikatorji
Številka CAS	1299-86-1; 12656-43-8;
3D model (JSmol)	Interaktivna slika;
ChemSpider	21241412;
ECHA InfoCard	100.013.706
EC število	215-076-2;
PubChem CID	16685054;
UN število	UN 1394
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID10107594 ;
	InChI InChI=1S/3C.4Al/q3-4;4+3 Key: TWHBEKGYWPPYQL-UHFFFAOYSA-N; InChI=1/3C.4Al/q3-4;4+3 Key: TWHBEKGYWPPYQL-UHFFFAOYAR;
	SMILES [Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[C-4].[C-4].[C-4];
Lastnosti
Kemijska formula	Al4C3
Molska masa	143,95853 g/mol
Videz	brezbarvni (če je čist) heksagonalni kristali
Vonj	brez vonja
Gostota	2,36 g/cm3
Tališče	2.200 °C (3.990 °F; 2.470 K)
Vrelišče	pri 1400 °C razpade
Topnost v vodi	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 °
Termokemija
Specifična toplota, C	116,8 J/mol K
Standardna molarna; entropija So298	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.

[str2-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 M. Eagleson (1994). Concise encyclopedia chemistry. Walter de Gruyter. str. 52. ISBN 3-11-011451-8.

[str-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.

[Greenwood-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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]