Struktur Kimia Silicon Carbide, Hartanah dan Kegunaan

The silikon karbida ia adalah pepejal kovalen yang terbentuk oleh karbon dan silikon. Ia adalah kekerasan yang hebat dengan nilai 9.0 hingga 10 pada skala Mohs, dan formula kimianya adalah SiC, yang mungkin mencadangkan bahawa karbon terikat untuk silikon oleh ikatan kovalen triple, dengan cas positif (+ ) dalam Si dan caj negatif (-) dalam karbon (⁺Si≡C^-).

Sebenarnya, pautan di sebatian ini sama sekali berbeza. Ia ditemui pada tahun 1824 oleh ahli kimia Swedia Jön Jacob Berzelius, ketika cuba untuk mensintesis berlian. Pada tahun 1893, saintis Perancis, Henry Moissani menemui sebuah mineral yang mengandungi komposisi silikon karbida.

Penemuan ini dibuat ketika memeriksa sampel batu dari kawah meteorit di Devil's Canyon, Amerika Syarikat. UU Dia menamakan mineral ini sebagai moissanite. Sebaliknya, Edward Goodrich Acheson (1894) mencipta kaedah untuk mensintesis karbida silikon, dengan bertindak balas pasir atau kuadran kesucian tinggi dengan kokas petroleum.

Goodrich bernama carborundum (atau carborundium) kepada produk yang diperoleh dan mengasaskan sebuah syarikat untuk menghasilkan pengkelas.

Indeks

• 1 Struktur kimia
• 2 Hartanah
  • 2.1 Hartanah am
  • 2.2 Ciri-ciri terma
  • 2.3 Sifat mekanikal
  • 2.4 Ciri-ciri elektrik
• 3 Kegunaan
  • 3.1 Sebagai kasar
  • 3.2 Dalam bentuk seramik berstruktur
  • 3.3 Kegunaan lain
• 4 Rujukan

Struktur kimia

Imej atas menggambarkan struktur padu dan kristal silikon karbida. Susunan ini sama dengan berlian, walaupun terdapat perbezaan radiasi atom antara C dan Si.

Semua pautan sangat kovalen dan berarah, tidak seperti pepejal ionik dan interaksi elektrostatik mereka.

SiC membentuk tetrahedra molekul; iaitu, semua atom dikaitkan dengan empat yang lain. Unit-unit tetrahedral ini disatukan oleh ikatan kovalen, mengguna pakai struktur kristal oleh lapisan.

Juga, lapisan ini mempunyai pengaturan kristal mereka sendiri, yang terdiri daripada tiga jenis: A, B dan C.

Maksudnya, bahawa lapisan A adalah berbeza dengan B, dan yang satu ini kepada C. Oleh itu, kristal SiC terdiri daripada susunan urutan lapisan, yang berlaku fenomena yang dikenali sebagai politipisme.

Sebagai contoh, polietip padu (mirip dengan berlian) terdiri daripada timbunan lapisan ABC dan, oleh itu, mempunyai struktur kristal 3C.

Lapisan lain lapisan ini juga menjana struktur lain, di antara kumpulan rumit dan heksagonal heksagonal ini. Malah, struktur kristal SiC akhirnya menjadi "gangguan kristal".

Struktur heksagon yang paling mudah untuk SiC, 2H (imej atas), dibentuk sebagai hasil susun lapisan dengan urutan ABABA ... Selepas setiap dua lapisan urutan diulang, dan di sinilah nombor 2 berasal dari.

Hartanah

Harta umum

Jisim molar

40.11 g / mol

Rupa

Berbeza dengan kaedah mendapatkan dan bahan yang digunakan. Ia boleh menjadi: kuning, hijau, biru kehitaman atau kristal berwarna.

Ketumpatan

3.16 g / cm3

Titik lebur

2830 ºC.

Indeks refraktif

2.55.

Kristal

Terdapat polimorfisme: kristal heksagon αSiC dan kristal kubik βSiC.

Kekerasan

9 hingga 10 pada skala Mohs.

Rintangan kepada agen kimia

Ia tahan kepada tindakan asid kuat dan alkali. Di samping itu, karbida silikon secara kimia tidak aktif.

Sifat terma

- Kekonduksian terma yang tinggi.

- Bertahan dengan suhu yang hebat.

- Kekonduksian terma yang tinggi.

- Pekali pengembangan haba linear rendah, yang menyokong suhu tinggi dengan pengembangan yang rendah.

- Tahan kejutan haba.

Sifat mekanikal

- Kekuatan mampatan tinggi.

- Tahan terhadap lelasan dan kakisan.

- Ia adalah bahan ringan yang kuat dan rintangan.

- Mengekalkan rintangan anjal pada suhu tinggi.

Hartanah elektrik

Ia adalah semikonduktor yang boleh memenuhi fungsinya pada suhu tinggi dan voltan yang melampau, dengan pelesapan kuasa yang sedikit ke medan elektrik.

Kegunaan

Sebagai kasar

- Karbida silikon adalah semikonduktor yang mampu menahan suhu tinggi, voltan tinggi atau lekuk elektrik 8 kali lebih tinggi daripada silikon yang dapat bertahan. Inilah sebabnya mengapa ia berguna dalam pembinaan diod, transduser, penahan dan alat gelombang mikro tenaga tinggi.

- Diod pemancar cahaya (LED) dan pengesan radio pertama (1907) dihasilkan dengan sebatian. Pada masa ini, karbida silikon telah digantikan dalam pembuatan mentol LED oleh gallium nitride yang memancarkan cahaya dari 10 hingga 100 kali lebih cerah.

- Dalam sistem elektrik, karbida silikon digunakan sebagai rod kilat dalam sistem kuasa elektrik, kerana mereka dapat mengawal ketahanan mereka dengan mengawal voltan melalui ini.

Dalam bentuk seramik berstruktur

- Dalam proses yang dikenali sebagai sintering, zarah karbida silikon - dan juga para sahabat - dipanaskan kepada suhu yang lebih rendah daripada suhu lebur campuran ini. Oleh itu, ia meningkatkan kekuatan dan kekuatan objek seramik, dengan membentuk ikatan yang kuat antara zarah.

- Seramik struktur karbida silikon mempunyai pelbagai kegunaan. Ia digunakan dalam brek cakera dan dalam cengkaman kenderaan bermotor, dalam penapis zarah yang terdapat dalam diesel dan sebagai bahan tambahan dalam minyak untuk mengurangkan geseran.

- Penggunaan seramik struktur karbida silikon telah menjadi berleluasa di bahagian yang terdedah kepada suhu tinggi. Sebagai contoh, ini adalah masalah tekak penyuntik roket dan penggelek tanur.

- Kombinasi kekonduksian haba yang tinggi, kekerasan dan kestabilan suhu tinggi menjadikan komponen-komponen tiub penukar haba dengan silikon karbida.

- Seramik struktur digunakan dalam penyuntik pasir, segel automotif pam air, bantalan dan penyemperitan mati. Ia juga merupakan bahan crucibles, yang digunakan dalam pemutus logam.

- Ia adalah sebahagian daripada elemen pemanasan yang digunakan dalam peleburan kaca dan logam bukan ferus, serta dalam rawatan haba logam.

Kegunaan lain

- Ia boleh digunakan dalam pengukuran suhu gas. Dalam teknik yang dikenal sebagai pyrometry filamen karbida silikon dipanaskan dan mengeluarkan radiasi yang berkorelasi dengan suhu dalam lingkungan 800-2500 ºK.

- Ia digunakan dalam tumbuhan nuklear untuk mencegah kebocoran bahan yang dihasilkan oleh pembelahan.

- Dalam pengeluaran keluli ia digunakan sebagai bahan bakar.

Rujukan

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: Pulangan Rakan Lama. Bahan Perkara Volume 4 Perkara 2. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Februari 2010). Kristal carborundum. Diambil pada 5 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism dan Moissanite. Diambil pada 05 Mei 2018, dari: moissaniteitalia.com
4. Bahan Purba. (2014). SiC2HstructureA. [Rajah] Diambil pada 5 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silikon karbida. Diperoleh pada 5 Mei 2018, dari: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Karbida silikon. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: navarrosic.com
7. Universiti Barcelona. Silikon karbida, SiC. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silikon karbida. Diambil pada 05 Mei 2018, dari: carbosystem.com