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碳硅硼的离子型与金属型化合物


实验室k / 2019-03-08

离子型化合物

       电负性低的金属或它们的氧化物与碳强热得到离子型碳化物,CaO(s)+3C(s)=CO(g)+CaC2(s)。ⅠA及ⅡA族(Be除外)金属的碳化物有C22-离子,其结构式为[:C≡C:j2-,此二碳离子为弱酸——乙炔的共轭碱,与水反应即产生乙炔,

CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)

       Be2C及Al4C则含有C4-离子,它们与水反应产生CH4,

Al4C3(s)+12H2O(l)=4Al(OH)3(s)+3CH4(g)

用类似制备离子型碳化物的方法可以得到离子型硅化物和硼化物。它们与酸反应转变为硅烷和硼烷:

Mg2Si(s)+4H+(aq)=2Mg2+(aq)+SiH4(g)

6MgB2+12H+(aq)=6Mg2+(aq)+B4H10+8B+H2(g)

金属型化合物

       第ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB及Ⅷ族的d过渡元素的碳化物均为金属型化合物,碳原子嵌在金属原子密堆积的多面体孔穴内。这些化合物按组成又可分为MC(TiC、ZrC、HfC…)、M2C(Mo2C、W2C)和M3C(Mn3C、Fe3C)三类。它们的导电性高、熔点也高。有的熔点甚至超过原来的金属。如TiC、TaC、HfC的熔点在3400K以上(接近4000K),硬度大,热膨胀系数小,导热性好,可作高温材料,已用作火箭的心板和火箭用的喷咀材料。用20%的HfC和80%的TaC制得的合金是已知物中熔点最高的。MC及M2C型化物除了难熔以外,还抗腐蚀,而M3C对热和化学作用都不稳定,能为番酸分解放出烃。

       d、f过渡金属的硅化物如FeSi2,FeSi,Fe3Si2、Mo3Si、Mo5Si3及MoSi2等属于非整比化合物,其组成式与元素的化合价无关。其中含硅量高的耐酸,在高温下抗氧性好。例如MoSi2不溶于一般酸,仅溶于或HF同HNO3的混合酸中,它在腐蚀性介质中,能经受住1873~1973K的高温,所以它在电炉中用作加热器。这类硅化物的硬度大,熔点高,如Ti5Si3、V5Si3、MoSi2、WSi2的熔点都在2400K左右。它们主要用作耐火材料和制耐酸合金。

       翻几乎与所有金属都生成金属型化合物。它们的组成一般为M4B、M2B、MB、M3B4、MB2和MB6。如Nb3B4、Cr4B、LaB6…等。它们也是非整比化合物,组成中的硼原子数目越多,其结构越复杂。


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