Karbid
Karbide können im Allgemeinen nach der Art der chemischen Bindungen wie folgt klassifiziert werden: (i) salzartige (ionische), (ii) kovalente Verbindungen, (iii) interstitielle Verbindungen und (iv) „intermediäre“ Übergangsmetallkarbide. Beispiele hierfür sind Kalziumkarbid (CaC2), Siliziumkarbid (SiC), Wolframkarbid (WC; im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen oft einfach als Karbid bezeichnet) und Zementit (Fe3C), die alle in wichtigen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Die Benennung der ionischen Karbide ist nicht systematisch.
Salzähnliche / salzartige / ionische KarbideBearbeiten
Salzähnliche Karbide bestehen aus stark elektropositiven Elementen wie den Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Metallen der Gruppe 3, einschließlich Scandium, Yttrium und Lanthan. Aluminium der Gruppe 13 bildet Karbide, Gallium, Indium und Thallium hingegen nicht. Diese Materialien weisen isolierte Kohlenstoffzentren auf, die oft als „C4-“ in den Methaniden oder Methiden bezeichnet werden; zweiatomige Einheiten, „C2-
2″, in den Acetyliden; und dreiatomige Einheiten, „C4-
3″, in den Allyliden. Die Graphiteinlagerungsverbindung KC8, die aus dem Dampf von Kalium und Graphit hergestellt wird, und die Alkalimetallderivate von C60 werden in der Regel nicht als Carbide eingestuft.
MethanideBearbeiten
Methanide sind eine Untergruppe der Carbide, die sich durch ihre Tendenz auszeichnen, sich in Wasser unter Bildung von Methan zu zersetzen. Drei Beispiele sind Aluminiumcarbid Al
4C
3, Magnesiumcarbid Mg
2C und Berylliumcarbid Be
2C.
Übergangsmetallcarbide sind keine Salzcarbide, aber ihre Reaktion mit Wasser ist sehr langsam und wird normalerweise vernachlässigt. Beispielsweise werden je nach Oberflächenporosität 5-30 Atomlagen Titancarbid hydrolysiert, wobei sich bei Umgebungsbedingungen innerhalb von 5 Minuten Methan bildet, gefolgt von einer Sättigung der Reaktion.
Bei Methanid handelt es sich in diesem Zusammenhang um eine triviale historische Bezeichnung. Nach den systematischen Namenskonventionen der IUPAC würde eine Verbindung wie NaCH3 als „Methanid“ bezeichnet werden, obwohl diese Verbindung oft als Methylnatrium bezeichnet wird.
Acetylide / EthynideEdit
Es wird angenommen, dass verschiedene Carbide Salze des Acetylid-Anions C22- (auch Percarbid genannt) sind, das eine Dreifachbindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen aufweist. Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Lanthanoidmetalle bilden Acetylide, z. B. Natriumcarbid Na2C2, Calciumcarbid CaC2 und LaC2. Lanthanoide bilden auch Carbide (Sesquicarbide, siehe unten) mit der Formel M2C3. Metalle der Gruppe 11 neigen auch zur Bildung von Acetyliden, wie Kupfer(I)-acetylid und Silberacetylid. Carbide der Actinidenelemente, die die Stöchiometrie MC2 und M2C3 haben, werden auch als salzartige Derivate von C2-
Die C-C-Dreifachbindungslänge reicht von 119,2 pm in CaC2 (ähnlich wie Ethin) bis 130,3 pm in LaC2 und 134 pm in UC2. Die Bindung in LaC2 wurde in Form von LaIII beschrieben, wobei das zusätzliche Elektron in das antibindende Orbital von C2-
2 verlagert wurde, was die metallische Leitung erklärt.
AllylideBearbeiten
Das polyatomare Ion C4-
3, manchmal auch Allylid genannt, findet sich in Li4C3 und Mg2C3. Das Ion ist linear und isoelektronisch mit CO2. Der C-C-Abstand in Mg2C3 beträgt 133,2 pm. Mg2C3 liefert bei der Hydrolyse Methylacetylen, CH3CCH, und Propadien, CH2CCH2, was der erste Hinweis darauf war, dass es C4-
Kovalente KarbideBearbeiten
Die Karbide von Silizium und Bor werden als „kovalente Karbide“ bezeichnet, obwohl praktisch alle Verbindungen von Kohlenstoff einen gewissen kovalenten Charakter aufweisen. Siliciumcarbid hat zwei ähnliche Kristallformen, die beide mit der Diamantstruktur verwandt sind. Borkarbid, B4C, hingegen hat eine ungewöhnliche Struktur, die ikosaedrische Boreinheiten enthält, die durch Kohlenstoffatome verbunden sind. In dieser Hinsicht ist Borkarbid den borreichen Boriden ähnlich. Sowohl Siliciumcarbid (auch als Karborund bekannt) als auch Borkarbid sind sehr harte und feuerfeste Materialien. Beide Materialien sind industriell wichtig. Bor bildet auch andere kovalente Karbide, z. B. B25C.
Molekulare KarbideBearbeiten
Metallkomplexe, die C enthalten, werden als Metallcarbidokomplexe bezeichnet. Am häufigsten sind kohlenstoffzentrierte oktaedrische Cluster, wie 2+ und 2-. Ähnliche Spezies sind für die Metallcarbonylverbindungen und die frühen Metallhalogenide bekannt. Einige endständige Carbide wurden isoliert, z. B.
Metallocarbohedrien (oder „Met-Cars“) sind stabile Cluster mit der allgemeinen Formel M
8C
12, wobei M ein Übergangsmetall (Ti, Zr, V usw.) ist.