Carbide sind Verbindungen eines Elements E mit Kohlenstoff C zu Verbindungen des Typs ExCy.
Allgemeines
Hergestellt werden die Carbide in der Regel aus elementarem Kohlenstoff, welcher bei hohen Temperaturen mit dem entsprechenden Element, Elementoxid oder Elementcarbonat in einer Festkörperreaktion umgesetzt wird.
Die Herstellung von Calciumcarbid aus Koks C und Calciumcarbonat CaCO3 beispielsweise erfolgt bei 2000 °C im Drehrohrofen.
Abhängig von der Elektronegativitätsdifferenz zwischen dem betreffenden Element und Kohlenstoff werden dabei unterschiedliche Typen von Carbiden ausgebildet.
Ionische Carbide
Ionische Carbide haben starken Salzcharakter und werden typischerweise von den stark elektropositiven Elementen der Alkali-, Erdalkali- und Erdelemente ausgebildet. Es sind damit chemische Verbindungen, die Kohlenstoff als elektronegativeren Bestandteil enthalten.
Typische Beispiele sind Lithiumcarbid Li4C, Berylliumcarbid Be2C, Magnesiumcarbid Mg2C3, Calciumcarbid CaC2 oder Aluminiumcarbid Al4C3.
Sie enthalten in ihrem Ionengitter das jeweilige Metallkation sowie das Carbid-Ion, welches sich formal von verschiedenen Kohlenwasserstoffen ableitet. Dies führt zu einer weiteren Differenzierung der Carbide in die Methanide (z.B. Li4C enthält C4- abgeleitet von Methan CH4), die Acetylide (z.B. CaC2 enthält (C22- abgeleitet von Ethin (Acetylen) C2H2) und Allenide (z.B. Mg2C3 enthält C34-, abgeleitet von Allen C3H4).
Ionische Carbide reagieren mit Wasser unter Bildung des entsprechenden Metallhydroxids und dem entsprechenden Kohlenwasserstoff, welcher durch vielfache Protonierung durch das Wasser frei gesetzt wird.
Der bekannteste Vertreter ist das in der Carbidlampe verwendete Calciumcarbid (CaC2), oft einfach Karbid genannt, welches bei Anwesenheit von Wasser Ethin freisetzt:
Die graue Farbe des eigentlich weißen Kalziumkarbids resultiert aus Verunreinigungen an elementarem Kohlenstoff aus dem Herstellprozess (siehe oben). Der typische Geruch des Kalziumkarbids ist dem Monophosphan PH3 zuzuschreiben, welches in analoger Weise zum Acetylen durch Hydrolyse aus Kalziumphosphid gebildet wird. Kalziumphospid entsteht im Herstellprozess, wenn das eingesetzte Kalziumkarbonat Spuren von Kalziumphosphat als Verunreinigung beinhaltet.
Die Hydrolyse von Kalziumcarbid war bis in die dreißiger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts die einzige Möglichkeit im technischen Maßstab Ethin herzustellen und ist somit ein wichtiger Ausgangsstoff für die Entwicklung der Acetylen-Chemie (vgl. Reppe-Chemie) gewesen. Mit dem Aufkommen der petrochemischen Industrie hat diese Ethin-Quelle jedoch heute enorm an Bedeutung verloren.
Kovalente Carbide
Die kovalenten Carbide werden zwischen Kohlenstoff und Elementen mit annähernd gleicher Elektronegativität gebildet. Die beiden wichtigsten Beispiele sind SiC (Siliziumcarbid "Carborundum") und B4C3 (Borkarbid). Sie bestehen aus kovalenten Bindungen zwischen Kohlenstoff und dem jeweiligen Element. Die Ausbildung der sehr starken kovalenten Bindungen, verbunden mit einer Kristallstruktur, die harten Stoffen sehr ähnelt (SiC besitzt Diamantstruktur) führt zu einer hohen mechanischen Stabilität. Demgemäß finden diese Carbide in der Regel als Hartstoffe (Beschichtungen, Schleifwerkzeuge) und zur Verstärkung von Kunststoffen Verwendung. Siliciumcarbid ist auch als Trägermaterial für Katalysatoren in der chemischen Industrie von Interesse, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit und praktisch keinen Abrieb besitzt.
Metallartige Carbide
Diese Carbide werden von Elementen der Übergangsmetalle gebildet, typische Beispiele sind Titan und Wolfram. Sie besitzen in der Regel keine exakt definierte Stöchiometrie. Grund hierfür ist, dass einzelne Kohlenstoffatome in die Tetraederlücken der Metallgitter eingelagert werden (sogenannte Einlagerungsverbindungen oder interstitielle Verbindungen). Die entstehenden Substanzen zeichnen sich wiederum durch eine hohe mechanische und thermische Stabilität und hohe Schmelzpunkte (3000-4000 °C) aus und dienen als Hartstoffe und Keramiken im chemischen Apparate- und Anlagenbau sowie als Schneide- und Schleifwerkzeuge.
Karbidschießen
Die Tradition des Karbidschießens wird vornehmlich in Holland und in einigen Teilen Nordwestdeutschlands von jungen Männern zu Sylvester und Neujahr gepflegt. Durch das hohe Gefahrenpotenzial ist das Karbidschießen in Deutschland verboten und in Holland nur an Sylvester und Neujahr gestattet. In den Niederlanden werden dabei regelrechte Karbidschießfeiern abgehalten. Legt man Karbidstücke in eine Michkanne und beträufelt man es mit ein bischen Wasser, so entsteht in dem mit einem Deckel oder Fussball abgedichtetn Volumen ein explosives Gasgemisch. Dies kann wird durch ein zuvor gebohrtes Loch im Boden entzündet. Durch die Explosion kann der Deckel oder Fussball bis zu 70m weit geschleudert werden. Dazu gibte es einige interessante Links: www.sgm.nl/carbid.php, www.melkbusschieten.nl