Carbide

Calciumcarbid

CarbideoderKarbidesind in der Regel eine Stoffgruppebinärer chemischer Verbindungenaus einem Element (E) undKohlenstoff(C) mit der allgemeinen Formel E_xC_y.Zu dieser Gruppe zählensalzartige(z. B.Calciumcarbid,CaC₂) wie auchmetallischeVerbindungen (z. B.Tantalcarbid,TaC); eine Ausnahme bildet z. B.Tantalhafniumcarbid(Ta₄HfC₅).

Allgemeines

Hergestellt werden Carbide in der Regel aus elementarem Kohlenstoff, der bei hohen Temperaturen mit dem entsprechenden Element, Elementoxid oder Elementcarbonat in einer Festkörperreaktion umgesetzt wird. Die Herstellung vonCalciumcarbidausKoksundCalciumcarbonatbeispielsweise erfolgt bei 2000 °C imLichtbogenofen.

$\mathrm {CaCO_{3}\rightarrow \!\ CaO+CO_{2}}$

$\mathrm {CaO+3\,C\rightarrow CaC_{2}+CO}$

Je nach derElektronegativitätsdifferenzzwischen dem betreffenden Element und Kohlenstoff entstehen Carbide eines der drei folgenden Typen.

Ionische Carbide

Ionische Carbide (salzartige Carbide) haben starken Salzcharakter und werden typischerweise von den stark elektropositiven Elementen der Alkali-, Erdalkali- und Erdelemente gebildet.Sie enthalten Kohlenstoff als denelektronegativerenBestandteil.

Typische Beispiele sindLithiumcarbidLi₂C₂,BerylliumcarbidBe₂C,MagnesiumcarbidMg₂C₃,CalciumcarbidCaC₂oderAluminiumcarbidAl₄C₃.Sie enthalten in ihremIonengitterdas jeweilige Metallkation sowie das Carbidion, das sich formal von verschiedenen Kohlenwasserstoffen ableitet. Dies führt zu einer weiteren Differenzierung der ionischen Carbide in:

• Methanide, z. B. Be₂C und Al₄C₃,enthalten C⁴⁻,abgeleitet von Methan CH₄
• Acetylide,z. B. Li₂C₂,CaC₂,enthält C₂²⁻,abgeleitet vonEthin(Acetylen) C₂H₂
• Allenide, z. B. Mg₂C₃,enthält C₃⁴⁻,abgeleitet vonAllenC₃H₄

Zu den ionischen Carbiden gehören darüber hinaus auch die Fulleride. Es handelt sich um Verbindungen der Zusammensetzung MC₆₀,M₂C₆₀und M₃C₆₀(M = Na, K). Sie entstehen durch Reduktion desBuckminster-FullerensC₆₀mit elementaren Alkalimetallen.

Ionische Carbide, die sich von Kohlenwasserstoffen ableiten, reagieren mitWasserunter Bildung des entsprechenden Metallhydroxids und des Kohlenwasserstoffs, der durch vielfache Protonierung des Anions mit Wasser entsteht.

Der bekannteste Vertreter ist das u. a. in derKarbidlampeverwendeteCalciumcarbid(CaC₂), populärKarbidgenannt, das in Anwesenheit von Wasser Ethin freisetzt:

$\mathrm {CaC_{2}+2\ H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+C_{2}H_{2}}$

Die graue Farbe des eigentlich weißen Calciumcarbids resultiert aus Verunreinigungen durch elementaren Kohlenstoff aus dem Herstellungsprozess (siehe oben). Der typische Geruch des Calciumcarbids ist demMonophosphanPH₃zuzuschreiben, das in analoger Weise zum Acetylen durch Hydrolyse ausCalciumphosphidgebildet wird. Calciumphosphid entsteht im Herstellungsprozess, wenn das eingesetzte Calciumcarbonat Spuren von Calciumphosphat als Verunreinigung enthält.

DieHydrolysevon Calciumcarbid war bis in die 1930er Jahre die einzige Methode zur technischen Herstellung von Ethin als Brenngas (Schweißgas) beimGasschmelzschweißen.Calciumcarbid war daneben ein wichtiger Ausgangsstoff für die Entwicklung der Acetylen-Chemie (vgl.Reppe-Chemie). Mit dem Aufkommen derpetrochemischenIndustrie hat diese Ethinquelle jedoch stark an Bedeutung verloren.

Kovalente Carbide

Siliciumcarbid

Kovalente Carbide werden zwischen Kohlenstoff und Elementen mit annähernd gleicher Elektronegativität gebildet. Die beiden wichtigsten Beispiele sind SiC (Siliciumcarbid,„Carborundum “) und B₄C (Borcarbid). Sie besitzen kovalente Bindungen zwischen Kohlenstoff und dem jeweiligen Element. Die sehr starken kovalenten Bindungen, verbunden mit einer Kristallstruktur, die denen anderer harter Stoffe sehr ähneln (SiC besitzt eine dem Diamanten ähnliche Struktur) führt zu einer hohen mechanischen Stabilität. Demgemäß finden diese Carbide in der Regel als Hartstoffe (Beschichtungen,Schleifmittel) und zur Verstärkung von Kunststoffen Verwendung.

Siliciumcarbid ist auch als Trägermaterial für Katalysatoren in der chemischen Industrie von Interesse, da es eine hoheWärmeleitfähigkeitund praktisch keinen Abrieb besitzt.

Metallartige Carbide

Diese Carbide werden von den Elementen der 4.–6.Nebengruppegebildet,typische Beispiele sindTitan,TantalundWolfram.Sie besitzen in der Regel keine exakt definierteStöchiometrie.Vielmehr sind die Kohlenstoffatome in dieTetraederlückenbzw. je nach Größenverhältnis zum Metall in dieOktaederlückender Metallgitter eingelagert und bildenEinlagerungsverbindungenoderinterstitielle Verbindungen.Diese Substanzen zeichnen sich durch eine hohe mechanische und thermische Stabilität und hohe Schmelzpunkte (3000 bis 4000 °C) aus und dienen als Hartstoffe und Keramiken im chemischen Apparate- und Anlagenbau, zur Bestreuung vonSchleifwerkzeugensowie zur Herstellung vonHartmetall-Einsätzen fürSchneidewerkzeuge.Zementit(Fe₃C) ist ein Bestandteil desStahls.

Die Kugel einesKugelschreibersbesteht beispielsweise ausWolframcarbid.

Wolframcarbid wird umgangssprachlich als Hartmetall bezeichnet. Jedoch zählt es zur Hauptgruppe der technischen Keramiken, genauer genommen der nichtoxidischen Keramik.

Im allgemeinen Sprachgebrauch wird Karbid meist gleichgesetzt mit Calciumcarbid. Dieses reagiert mit Wasser zu Acetylen, was für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann. ZurAnwendung von Calciumcarbidsiehe dort.

Siehe auch

• Nitride
• Silicide
• Boride
• Oxide
• Technische Keramik
• Karbidlampe