Carburo: classificazione

Un carburo è un composto binario costituito da carbonio e da un elemento meno elettronegativo, generalmente un metallo o un semimetallo. Sono caratterizzati da elevata durezza ed elevata temperatura di fusione e alcuni di essi hanno importanza industriale. Tra i più noti vi sono il carburo di calcio, quello di silicio e quello di tungsteno.

La classificazione dei carburi si basa sul tipo di legame presente nel composto

Salini o ionici

Contengono metalli poco elettronegativi e si formano con i:

• metalli alcalini

I carburi dei metalli alcalini come il carburo di sodio hanno formula Na₂C₂ in cui è presente un triplo legame carbonio-carbonio in cui il carbonio ha numero di ossidazione -1

• metalli alcalino-terrosi

Tra i carburi dei metalli alcalino-terrosi il più noto è il carburo di calcio CaC₂ in cui i due atomi di carbonio sono legati tramite triplo legame prodotto industrialmente in un forno elettrico ad arco da una miscela di ossido di calcio e carbon coke

Appartengono a questa categoria i carburi che si formano con i metalli del gruppo:

3 : scandio, ittrio e lantanio

11: rame, argento e oro

12 : zinco, cadmio e mercurio

13: solo alluminio

Lantanidi che formano composti con formula MC₂ e M₂C₃

Attinidi che formano composti con formula MC₂ e M₂C₃

Legame covalente

Silicio e boro formano carburi covalenti.

Il carburo di silicio SiC è un materiale ceramico con durezza, nella scala di Mohs tra corindone e diamante. È un semiconduttore adottato in una  varietà di applicazioni come veicoli elettrici, inverter solari, sistemi di accumulo di energia e stazioni di ricarica per veicoli elettrici.

Il carburo di boro, B₄C, ha una struttura che comprende unità icosaedriche di boro legate da atomi di carbonio. È uno dei materiali ceramici più duri conosciuti appena al di sotto del diamante e del nitruro di boro cubico. A causa della sua bassa densità (∼2520  kg/m 3 ), è diventato il materiale di scelta per i sistemi di giubbotti antiproiettile. Ha un punto di fusione elevato, durezza eccezionale, buone proprietà meccaniche e basso peso specifico, che lo rendono ideale per l’uso in armature leggere.

Interstiziali

I carburi dei metalli di transizione dei gruppi 4, 5 e 6, ad eccezione del cromo, sono descritti come composti interstiziali. In essi gli atomi di carbonio si inseriscono negli interstizi ottaedrici del reticolo metallico se il raggio dell’atomo di metallo è maggiore di 135 pm.

Questi carburi sono chimicamente poco reattivi, hanno proprietà metalliche e sono refrattari. Il carburo di titanio TiC, è un materiale ceramico refrattario con una durezza, nella scala di Mohs, tra 9 e 9.5 simile al carburo di tungsteno .

Il carburo di titanio e il carburo di tungsteno sono importanti a livello industriale e vengono utilizzati per rivestire i metalli negli utensili da taglio. Il carburo di tungsteno è utilizzato in macchinari industriali, utensili da taglio, abrasivi, proiettili perforanti e gioielli. È preferito persino all’acciaio inossidabile per la sua incredibile durezza e resistenza all’usura. È utilizzato per la fabbricazione di prodotti di laminazione, tra cui rettifica e fresatura. Include anche bastoni da trekking, bastoncini da sci e ramponi. È utilizzato principalmente sotto forma di carburo di tungsteno cementato.

Carburi di metalli di transizione intermedi

In questi il raggio del metallo di transizione è più piccolo di 135 pm e le strutture non sono interstiziali ma sono più complesse. In essi infatti sono presenti stechiometrie multiple come nel caso del ferro che forma Fe₃C nota come cementite, Fe₇C₃ e Fe₂C

Questi carburi sono più reattivi dei di quelli interstiziali, e meno reattivi di quelli ionici.

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