في الكيمياء إن الكربيد هو عبارة عن المصطلح الأكثر شيوعًا المستخدم في الكيمياء غير العضوية والكيمياء العضوية، والآن دعنا ننتقل إلى السؤال الرئيسي: ما هو الكربيد؟ الكربيد هو عبارة عن مركب كيميائي يتكون من الكربون والعناصر المعدنية أو شبه المعدنية، يوجد في شكل أيوني، وترتبط مجموعة الكربيد بالعنصر المعدني أو شبه المعدني بالرابطة الأيونية أو التساهمية، علما أن يتم تمثيل رمز الكربيد بالشكل C2)−2)، أي أنه يمثل أن أيونات الكربيد تتكون من ذرتين من الكربون.
مفهوم الكربيدات
- تمثل صيغة الكربيد أن الكربيد موجود في حالة شكل ديانيونيك، وعند النظر إلى صيغة أيون الكربيد فإنه لا يمكنك الحصول على فكرة عن الأزواج الوحيدة والتهجين، لذلك فإنه يجب أن تكون لديك معرفة بهيكل الكربون الإلكتروني وهيكله، وفي بنية الكربيد فإنه يتم ربط ذرتين من الكربون ببعضهما البعض بواسطة الروابط التساهمية الثلاثة.
- من هذه الروابط التساهمية الثلاثة فإن هناك رابطان عبارة عن روابط ثنائية، تتشكل هذه الروابط من خلال التداخل الجانبي للمدارات (p)، وهناك رابطة أخرى هي رابطة سيجما، والتي تتكون من تداخل مدارات (s) وجهاً لوجه، لذا فإن التهجين الذي يظهره الكربون في هيكل الكربيد هو من نوع (sp)، يحمل كل كربون زوجًا منفردًا عليه.
- تتميز الكربيدات عمومًا بدرجة انصهار عالية جدًا، وهي عبارة عن موصلات جيدة للكهرباء وللحرارة، كما وتمتلك مركبات الكربيدات عمومًا بريقًا، من الممكن أن يتم إنتاجه بعدة طرق منها أنه يمكن إنتاجه عن طريق تسخين أكسيد المعدن بالكربون أو يمكن إنتاجه من الأسيتيلين، وذلك تبعا للمعادلات الكيميائية التالية، على التوالي:
CaO + 3C → CaC2 + CO
C2 + 2Li → LiC2 + H2
- أنواع الكربيد: من الممكن أن يتم تقسيم الكربيدات إلى عدة أنواع مختلفة وذلك اعتمادًا على طبيعة الرابطة المتكونة بين أيون الكربيد والعنصر المعدني أو شبه المعدني، كالتالي: الكربيدات الأيونية، الكربيدات التساهمية، الكربيدات الخلالية، كربيدات معدنية انتقالية وسيطة، أما عن الكربيد الأيوني – تتكون الكربيدات الأيونية من مزيج من العناصر شديدة الحساسية للكهرباء مثل المعادن القلوية أو معادن الأرض القلوية وأيونات الكربيد.
- تنجذب هذه الأيونات لبعضها البعض بواسطة القوة الكهروستاتيكية القوية، يُظهر هذا النوع من الكربيد الأيوني فرقًا عاليًا في الكهربية، ومثال على الكربيدات الأيونية هي كربيد الكالسيوم، أما الكربيدات التساهمية – تتشكل الكربيدات التساهمية من خلال مزيج من العناصر الكهربية المنخفضة مثل السيليكون والبورون، تظهر اختلافات منخفضة في الكهربية.
- بعض الأمثلة على الكربيدات التساهمية هي: كربيد البورون وكربيد السيليكون أو المعروف باسم الكربيدوم (SiC)، أما الكربيدات الخلالية – تتكون الكربيدات الخلالية من معادن انتقالية كبيرة وجزيئات كربيد، تشغل أيونات الكربيد المواقع الخلالية للشبكة المعدنية المغلفة، أما الكربيد المعدني الانتقالي الوسيط – يتكون كربيد المعدن الانتقالي الوسيط من معدن انتقالي وأيون كربيد.
- يتشابه حجم المعدن الانتقالي وأيون الكربيد في هذا النوع من الكربيد، وهناك أمثلة قليلة من الكربيدات الوسيطة هي كربيدات الحديد مثل الأسمنتيت (Fe3C)، والآن هل كنت تعلم أن الكربيدات مثل الكربورندم (SiC) وكربيد التنجستن صلبة جدًا بطبيعتها، وهذه الكربيدات تقع تحت الماس مباشرة من حيث الصلابة!.
- وهل تعلم أنه تستخدم بعض الكربيدات في قطع المواد الصلبة، وأن كربيد البورون هو أقسى مادة اصطناعية، كما ويتواجد كربيد السيليكون في الطبيعة، وتستخدم الكربيدات في عملية التعدين، وأن الكربنة هي عبارة عن عملية إنتاج طلاء كربيد على قطعة معدنية، حيث تستخدم هذه العملية في عملية التعدين.
5 طرق لاستخدام الكربيد في الصناعة التحويلية
كما تعلم فإن هناك الكثير من المركبات المعدنية المستخدمة لسبب محدد وفي تطبيقات مختلفة في جميع أنحاء العالم، حيث يقف مركب مثل الكربيد من تلقاء نفسه ليس فقط لكونه معدنًا متينًا ولكن أيضًا قابل لإعادة التدوير، ويحتوي الكربيد على مجموعة من العناصر مثل الكربون والتنغستن، وعندما يتم تجديد هذين العنصرين معًا فإنه يتم تكوين سبيكة مقاومة للصدأ والحرارة والخدوش والتنقر، إنه يحمل كثافة عالية جدًا مما يجعل الكربيد قادرًا على المقارنة مع الماس من حيث الصلابة.
- أولا: الأدوات الجراحية – للعمل بشكل صحيح، تحتاج الصناعة الطبية إلى المزيد من المعدات والأدوات، إذ يتم تحديد هذه الأنواع من المعدات لإجراءات ومواقف معينة، يتم استخدام الأدوات الجراحية بشكل متكرر ويجب أن تكون قادرة على العيش من خلال الإجراءات، كما تُستخدم معادن الكربيد في الأدوات الجراحية وفي العديد من الأدوات الأخرى المتعلقة بالطب والتي تنقذ حياتنا.
- إن الأدوات الجراحية المستخدمة في الوقت الحاضر تتكون في الغالب من التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وهذا يجعل مثالًا رائعًا للكربيد المطعمة والطريقة التي يتم دمجها بها تجعل أدوات مفيدة، يتم تطعيمه بالتيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ من أجل صنع أدوات حيوية تستخدم في العمليات الجراحية.
- ثانيا: في منتجات المطحنة – بالنسبة لمنتجات المطاحن وإدخالات المطحنة، فإنه يتم اعتبار الكربيد مركبًا معدنيًا فعالاً من أجل استخدامه، حيث أنه يستخدم أكثر من نسبة 10٪ من الكربيد في الغالب في منتجات المطاحن التي تعتبر رائجة للغاية، حيث يتم تصنيعها في العديد من الأشكال والأحجام المختلفة.
- ويعتمد نوع كربيد المعدن الذي يتلامس معه أيضًا، هذا المركب المعدني متغير تمامًا وذلك بسبب القدرات التي يحملها ليتم دمجه ومن الممكن أن يتم استخدام كثافته العالية من أجل إنشاء تطبيقات دقيقة للدرجات والطحن، ثالثا: السبائك الصناعية – السبائك المتخصصة تستخدم مركبات كربيد المعادن في الغالب ويتم إصلاح 17 ٪ منها بمعادن أخرى.
- الكربيد متغير ومن الممكن أن يتم شحذه ودمجه وتشكيله مع معادن أخرى لصنع مركبات مفيدة يمكن استخدامها في الإلكترونيات أو التطبيقات الأخرى للاستخدام التجاري، مزيج الكربيد المستخدم بشكل شائع هو النحاس والنيكل والحديد والفضة لإنشاء مواد مختلفة وجديدة لأغراض مميزة مثل: صناعات الطيران، صناعة المعدات الصناعية، الحماية من الإشعاع.
- المجوهرات – حيث يمكننا تشكيل وإعادة تشكيل الكربيد حسب رغباتنا، يتم استخدامه أيضًا في صنع قطع المجوهرات، يمكننا دمجها مع معادن أخرى مما يجعل الكربيد والمجوهرات تطابقًا مثاليًا، هذا هو الاستخدام الحديث لمعادن الكربيد في الصناعات، الصلابة التي تحملها تجعلها أكثر جاذبية لصانعي المجوهرات.
- يتم استخدامه بعدة طرق بعضها في صناعة الخواتم والأطواق والقلائد وما إلى ذلك، إذا تم قطع الكربيد وصقله بطريقة فعالة فيمكننا إنشاء قطع مجوهرات جميلة، رابعا: كربيد الأسمنت – يستخدم لإنشاء أدوات الطحن والحفر، الأدوات المستخدمة في تطبيقات البناء تتكون من مركبات كربيد المعادن، هذا هو المكان الذي يمهد فيه سوق هذا المعدن المركب طريقه نحو تطبيقات البناء وتشكيل الأدوات المرتبطة مثل لقم الثقب ونصائح التعدين وما إلى ذلك ويفضل أكثر من استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب مكوناته المقاومة والصلابة.
