SILICON KARBIDA: ISTRAKTURA NG KEMIKAL, MGA KATANGIAN AT GAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang silikon na karbida ay isang solidong covalent na binubuo ng carbon at silikon. Napakahirap nito na may halagang 9.0 hanggang 10 sa scale ng Mohs, at ang formula ng kemikal na ito ay SiC, na maaaring magmungkahi na ang carbon ay nakasalalay sa silikon ng isang covalent triple bond, na may positibong singil (+ ) sa Si at isang negatibong singil (-) sa carbon ( ⁺ Si≡C ^- ).

Sa totoo lang, ang mga bono sa compound na ito ay lubos na naiiba. Natuklasan ito noong 1824 ng chemist ng Suweko na si Jön Jacob Berzelius, habang sinusubukang i-synthesize ang mga diamante. Noong 1893, natuklasan ng siyentipikong Pranses na si Henry Moissani ang isang mineral na ang komposisyon ay naglalaman ng silikon na karbida.

Ang pagtuklas na ito ay ginawa habang sinusuri ang mga sample ng bato mula sa bunganga ng isang meteorite sa Devil's Canyon, USA Na pinangalanan niya ang mineral na moissanite. Sa kabilang banda, si Edward Goodrich Acheson (1894) ay lumikha ng isang pamamaraan upang synthesize ang silikon na karbida, reaksyon ng mataas na kadalisayan ng buhangin o kuwarts na may petrolyo na coke.

Tinatawag ni Goodrich ang produktong nakuha na carborundum (o carborundium) at itinatag ang isang kumpanya upang makagawa ng mga abrasives.

Istraktura ng kemikal

Ang tuktok na imahe ay naglalarawan ng kubiko at mala-kristal na istraktura ng silikon na karbida. Ang pag-aayos na ito ay kapareho ng diyamante, sa kabila ng mga pagkakaiba-iba ng atomic radii sa pagitan ng C at Si.

Ang lahat ng mga bono ay malakas na covalent at itinuro, hindi katulad ng ionic solids at ang kanilang mga pakikipag-ugnay sa electrostatic.

Ang SiC ay bumubuo ng molekular tetrahedra; iyon ay, ang lahat ng mga atom ay naka-link sa apat na iba pa. Ang mga yunit ng tetrahedral na ito ay sinamahan ng mga covalent bond, na nag-ampon ng mga layered na crystalline na istruktura.

Gayundin, ang mga layer na ito ay may sariling pag-aayos ng kristal, na kung saan ay may tatlong uri: A, B at C.

Sa madaling salita, ang isang layer A ay naiiba sa layer B, at ang huli mula sa C. Kaya, ang SiC crystal ay binubuo ng pag-stack ng isang pagkakasunud-sunod ng mga layer, ang kababalaghan na kilala bilang polytypism na nagaganap.

Halimbawa, ang cubic polytype (katulad ng diyamante) ay binubuo ng isang salansan ng mga layer ng ABC at samakatuwid ay may istraktura ng 3C crystalline.

Ang iba pang mga stack ng mga patong na ito ay bumubuo rin ng iba pang mga istraktura, sa pagitan ng mga rhombohedral at hexagonal polytypes na ito. Sa katunayan, ang mga kristal na istruktura ng SiC ay nagtatapos sa pagiging isang "crystalline disorder".

Ang pinakasimpleng hexagonal na istraktura para sa SiC, ang 2H (itaas na imahe), ay nabuo bilang isang resulta ng pag-stack ng mga layer na may pagkakasunud-sunod ng ABABA … Matapos ang bawat dalawang layer ay inulit ang pagkakasunud-sunod, at doon nagmula ang bilang 2. .

Ari-arian

Pangkaraniwang katangian

Mass ng Molar

40.11 g / mol

Hitsura

Nag-iiba ito sa paraan ng pagkuha at ang mga materyales na ginamit. Maaari itong: dilaw, berde, itim na asul o hindi madidilim na mga kristal.

Density

3.16 g / cm3

Temperatura ng pagkatunaw

2830 ° C.

Refractive index

2.55.

Mga kristal

Mayroong polymorphism: αSiC hexagonal crystals at βSiC cubic crystals.

Katigasan

9 hanggang 10 sa scale ng Mohs.

Ang pagtutol sa mga ahente ng kemikal

Ito ay lumalaban sa pagkilos ng mga malakas na acid at alkalis. Gayundin, ang silikon na karbida ay hindi mabibigat na kemikal .

Katangiang thermal

- Mataas na thermal conductivity.

- Huminto sa mataas na temperatura.

- Mataas na thermal conductivity.

- Koepisyent ng mababang linear thermal, kaya sinusuportahan nito ang mataas na temperatura na may mababang pagpapalawak.

- Lumalaban sa thermal shock.

Mga katangian ng mekanikal

- Mataas na pagtutol sa compression.

- Lumalaban sa pagkagalit at kaagnasan.

- Ito ay isang magaan na materyal ng mahusay na lakas at paglaban.

- Pinapanatili ang nababanat na pagtutol nito sa mataas na temperatura.

Ari-arian

Ito ay isang semiconductor na maaaring matupad ang mga pag-andar nito sa mataas na temperatura at matinding boltahe, na may kaunting pagwawaldas ng kapangyarihan nito sa larangan ng kuryente.

Aplikasyon

Bilang isang nakasasakit

- Ang Silicon karbida ay isang semiconductor na may kakayahang magkaroon ng mataas na temperatura, mataas na boltahe o gradients ng patlang ng elektrisidad 8 beses nang higit sa maaari ng silikon. Para sa kadahilanang ito, ito ay kapaki-pakinabang sa pagtatayo ng mga diode, transitors, suppressor at mga aparato na may mataas na enerhiya na microwave.

- Sa tambalan, ang mga light-emitting diode (LED) at mga detektor ng mga unang radio (1907) ay ginawa. Sa kasalukuyan, ang silikon na karbida ay pinalitan sa paggawa ng mga LED bombilya sa pamamagitan ng gallium nitride na naglalabas ng isang ilaw na 10 hanggang 100 beses na mas maliwanag.

- Sa mga de-koryenteng sistema, ang silikon na karbohidrat ay ginagamit bilang isang baras ng kidlat sa mga de-koryenteng mga sistema ng kuryente, dahil maaari nilang ayusin ang paglaban nito sa pamamagitan ng pag-regulate ng boltahe sa kabuuan nito.

Sa anyo ng mga nakabalangkas na keramika

- Sa isang proseso na kilala bilang sintering, ang mga particle ng silikon na karbid - pati na rin sa mga kasama - ay pinainit sa isang temperatura na mas mababa kaysa sa temperatura ng pagtunaw ng halo na ito. Kaya, pinatataas nito ang paglaban at lakas ng ceramic object, sa pamamagitan ng pagbubuo ng mga malakas na bono sa pagitan ng mga partikulo.

- Ang Silicon karbida na istruktura ng keramika ay nagkaroon ng malawak na hanay ng mga aplikasyon. Ginagamit ang mga ito sa mga disc ng preno at mga sasakyan ng sasakyan, sa mga filter ng particle ng diesel, at bilang isang additive sa mga langis upang mabawasan ang alitan.

- Ang paggamit ng mga silikon na istruktura ng silikon na karbid ay naging laganap sa mga bahagi na nakalantad sa mataas na temperatura. Halimbawa, ito ang kaso ng lalamunan ng mga iniksyon ng rocket at ang mga roller ng mga hurno.

- Ang kumbinasyon ng mataas na thermal conductivity, tigas at matatag na temperatura ay ginagawang mga sangkap ng mga heat exchanger tubes na gawa mula sa silikon na karbida.

- Ang istrukturang keramika ay ginagamit sa mga sandblast injectors, automotive water pump seal, bearings at extrusion ay namatay. Ito rin ang materyal para sa mga crucibles, na ginamit sa metal smelting.

- Ito ay bahagi ng mga elemento ng pag-init na ginamit sa pag-smel ng baso at mga di-ferrous na mga metal, pati na rin sa paggamot ng init ng mga metal.

Iba pang mga gamit

- Maaari itong magamit sa pagsukat ng temperatura ng mga gas. Sa isang pamamaraan na kilala bilang pyrometry, ang isang filament na karbida ng silikon ay pinainit at naglalabas ng radiation na nagpapatugma sa temperatura sa isang saklaw na 800-2500ºK.

- Ginagamit ito sa mga halaman na nukleyar upang maiwasan ang pagtagas ng materyal na gawa ng paglabas.

- Sa paggawa ng bakal ay ginagamit ito bilang gasolina.

Mga Sanggunian

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: Ang Pagbabalik ng isang Matandang Kaibigan. Mga Materyal na Materyal Dami 4 Artikulo 2. Nakuha noong Mayo 05, 2018, mula sa: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Pebrero 2010). Carborundum crystals. Nakuha noong Mayo 05, 2018, mula sa: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism at Moissanite. Nakuha noong Mayo 5, 2018, mula sa: moissaniteitalia.com
4. Materyalista. (2014). SiC2HstructureA. . Nakuha noong Mayo 05, 2018, mula sa: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silicon karbida. Nakuha noong Mayo 05, 2018, mula sa: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silicon karbida. Nakuha noong Mayo 5, 2018, mula sa: navarrosic.com
7. Unibersidad ng Barcelona. Silicon Carbide, SiC. Nakuha noong Mayo 05, 2018, mula sa: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silicium karbida. Nakuha noong Mayo 05, 2018, mula sa: carbosystem.com