Carbide
Carbiden kunnen in het algemeen op grond van het type chemische bindingen als volgt worden ingedeeld: (i) zoutachtige (ionische), (ii) covalente verbindingen, (iii) interstitiële verbindingen, en (iv) “intermediaire” overgangsmetaalcarbiden. Voorbeelden hiervan zijn calciumcarbide (CaC2), siliciumcarbide (SiC), wolfraamcarbide (WC; vaak eenvoudigweg carbide genoemd bij verwijzing naar gereedschapswerktuigen) en cementiet (Fe3C), die elk in belangrijke industriële toepassingen worden gebruikt. De naamgeving van ionische carbiden is niet systematisch.
Zoutachtige / zoute / ionische carbidenEdit
Zoutachtige carbiden zijn samengesteld uit zeer elektropositieve elementen zoals de alkalimetalen, aardalkalimetalen, en groep 3 metalen, waaronder scandium, yttrium, en lanthaan. Aluminium van groep 13 vormt carbiden, maar gallium, indium en thallium doen dat niet. Deze materialen hebben geïsoleerde koolstofkernen, vaak omschreven als “C4-“, in de methaniden of methiden; twee-atoom eenheden, “C2-
2″, in de acetyliden; en drie-atoom eenheden, “C4-
3″, in de allyliden. De grafietintercalatieverbinding KC8, bereid uit de damp van kalium en grafiet, en de alkalimetaalderivaten van C60 worden gewoonlijk niet als carbiden geclassificeerd.
MethanidenEdit
Methaniden zijn een subgroep van carbiden die zich onderscheiden door hun neiging tot ontleding in water waarbij methaan ontstaat. Drie voorbeelden zijn aluminiumcarbide Al
4C
3, magnesiumcarbide Mg
2C en berylliumcarbide Be
2C.
Transitiemetaalcarbiden zijn geen zoutcarbiden, maar hun reactie met water is zeer traag en wordt meestal verwaarloosd. Zo worden, afhankelijk van de porositeit van het oppervlak, 5-30 atoomlagen van titaancarbide gehydrolyseerd, waarbij binnen 5 minuten methaan wordt gevormd bij omgevingscondities, gevolgd door verzadiging van de reactie.
Merk op dat methanide in deze context een triviale historische naam is. Volgens de systematische naamgevingsconventies van de IUPAC zou een verbinding als NaCH3 een “methanide” worden genoemd, hoewel deze verbinding vaak methylnatrium wordt genoemd.
Acetyliden / EthynidenEdit
Verschillende carbiden worden verondersteld zouten te zijn van het acetylide-anion C22- (ook percarbide genoemd), dat een drievoudige binding tussen de twee koolstofatomen heeft. Alkalimetalen, aardalkalimetalen en lanthaniden vormen acetyliden, b.v. natriumcarbide Na2C2, calciumcarbide CaC2, en LaC2. Lanthaniden vormen ook carbiden (sesquicarbiden, zie hieronder) met formule M2C3. Metalen uit groep 11 hebben ook de neiging om acetyliden te vormen, zoals koper(I)acetylide en zilveracetylide. Carbiden van de actinide-elementen, die stoichiometrie MC2 en M2C3 hebben, worden ook beschreven als zoutachtige derivaten van C2-
De C-C drievoudige bindingslengte varieert van 119,2 pm in CaC2 (vergelijkbaar met ethyne), tot 130,3 pm in LaC2 en 134 pm in UC2. De binding in LaC2 is beschreven in termen van LaIII met het extra elektron gedelokaliseerd in de antibonding orbit op C2-
2, wat de metallische geleiding verklaart.
AllylidenEdit
Het polyatomische ion C4-
3, soms allylide genoemd, wordt gevonden in Li4C3 en Mg2C3. Het ion is lineair en is iso-elektronisch met CO2. De C-C afstand in Mg2C3 is 133,2 pm. Mg2C3 geeft bij hydrolyse methylacetyleen, CH3CCH, en propadieen, CH2CCH2, wat de eerste aanwijzing was dat het C4-
Covalente carbidenEdit
De carbiden van silicium en boor worden beschreven als “covalente carbiden”, hoewel vrijwel alle verbindingen van koolstof een covalent karakter vertonen. Siliciumcarbide heeft twee vergelijkbare kristalvormen, die beide verwant zijn aan de diamantstructuur. Boorcarbide, B4C, daarentegen, heeft een ongebruikelijke structuur met icosahedrale booreenheden die door koolstofatomen met elkaar verbonden zijn. In dit opzicht is boriumcarbide vergelijkbaar met de boriumrijke boriden. Zowel siliciumcarbide (ook bekend als carborundum) als boriumcarbide zijn zeer harde en vuurvaste materialen. Beide materialen zijn belangrijk voor de industrie. Borium vormt ook andere covalente carbiden, bijvoorbeeld B25C.
Moleculaire carbidenEdit
Metaalcomplexen die C bevatten, staan bekend als metaalcarbido complexen. De meest voorkomende zijn de koolstof-gecentreerde octahedrale clusters, zoals 2+ en 2-. Vergelijkbare soorten zijn bekend voor de metaalcarbonylen en de vroege metaalhalogeniden. Enkele terminale carbiden zijn geïsoleerd, b.v. .
Metallocarbohedrynes (of “met-cars”) zijn stabiele clusters met de algemene formule M
8C
12 waarbij M een overgangsmetaal is (Ti, Zr, V, enz.).