Химические свойства

Углерод обладает низкой реакционной способностью. Из галогенов взаимодействует только со фтором, не реагирует с азотом и фосфором.

1. Наиболее инертной формой углерода является алмаз, обладающей прочной кристаллической решеткой. В атмосфере кислорода (или фтора) он сгорает при температуре выше 730 ºС:

Алмаз не реагирует с кислотами и щелочами.

2. Графит взаимодействует с кислородом и фтором при более низких температурах:

3. Окисление графита кислотами-окислителями: серной и азотной. Например:

Карбиды

Углерод с менее электроотрицательными элементами образует карбиды. Состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углерода –4.

Выделяют ковалентные, ионно-ковалентные и металлические карбиды.

Ковалентные карбиды – карбиды неметаллов – полимерные вещества. Соединения с ковалентной химической связью. Например, SiC (карборунд), B₄C. Данный тип карбидом характеризуется высокой твердостью, тугоплавкостью и химической инертностью. Карбид кремния SiC имеет структуру типа алмаза с чередующимися атомами углерода и кремния. Карборунд характеризуется высокой твердостью, высокой температурой плавления (2800 ºС). Стоек по отношению к кислотам (даже к HF) и окисляется кислородом только при температуре выше 1000 ºС:

Карборунд используется для изготовления полупроводниковых диодов и транзисторов, работающих при высоких температурах.

Ионно-ковалентные карбиды (солеобразующие) – это кристаллические солеподобные вещества. Химическая связь близка к ионной. Являются продуктами замещения водорода в метане на металл и называются метанидами. Например, Be₂C ( ), Al₄C₃ ( ). Это тугоплавкие кристаллические вещества. Подвергаются гидролизу, образуя при этом метан:

Некоторые карбиды содержат ионы С₂^2– и являются производными ацетилена – их называют ацетилидами. К ним относятся карбиды щелочных металлов Me₂C₂ и щелочноземельных металлов MeC₂. Малоустойчивы и взрывоопасны. При гидролизе ацетилидов образуется ацетилен:

Металлические карбиды – это карбиды d-элементов IV – VIII групп – это соединения внедрения. Атомы углерода внедряются в пустоты кристаллической решетки металла и образуют с металлом ковалентные связи. Между атомами металла сохраняется металлическая связь и карбиды проявляют все свойства металлов: металлический блеск, высокая электрическая проводимость, высокая теплопроводность, легкость образования твердых растворов с металлами и др. Они химически инертны. Чаще всего встречаются карбиды состава MeC (TiC, HfC, VC, NbC), Me₂C (Mo₂C, W₂C), Me₃C (Mn₃C, Fe₃C, Co₃C). Состав карбидов d-элементов изменяется в широких пределах. Карбиды d-элементов обладают высокой твердостью, жаропрочностью, более высокой температурой плавления, чем исходные металлы. Например:

Металл	Ti	Zr	Nb	Ta
	1668	1852	2460	3000
Карбид	TiC	ZrC	NbC	TaC
	3150	3580	3500	3880

Карбиды состава MeC (TiC, HfC, VC, NbC), Me₂C (Mo₂C, W₂C) также характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Карбиды состава Me₃C (Mn₃C, Fe₃C, Co₃C) термически и химически менее устойчивы.

Металлические карбиды синтезируют прокаливанием смесей порошков металлов или их оксидов с углем при высоких температурах:

а также методом порошковой металлургии – нагреванием спрессованных порошков простых веществ.

Металлические карбиды входят в состав чугунов и сталей, придавая им твердость, износоустойчивость и другие ценные качества. На основе карбидов вольфрама, титана и тантала производят сверхтвердые и тугоплавкие сплавы. Сплав, состоящий из 20% HfC и 80% TaC – самый тугоплавкий из известных веществ ( ).