SILĪCIJA KARBĪDS: ĶĪMISKĀ STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Silīcija karbīda ir ciets kovalenta, kas sastāv no oglekļa atoma un silīcija. Tas ir ļoti grūti ar vērtību no 9,0 līdz 10 pēc Mosa skalas, un tā ķīmiskā formula ir SiC, kas var domāt, ka ogleklis ar silīciju ir saistīts ar kovalento trīskāršo saiti ar pozitīvu lādiņu (+ ) uz Si un negatīvs lādiņš (-) uz oglekļa ( ⁺ Si≡C ^- ).

Faktiski saites šajā savienojumā ir pilnīgi atšķirīgas. To 1824. gadā atklāja zviedru ķīmiķis Jons Jēkabs Berzeliuss, mēģinot sintezēt dimantus. 1893. gadā franču zinātnieks Henrijs Moissani atklāja minerālu, kura sastāvā bija silīcija karbīds.

Šis atklājums tika veikts, pārbaudot klinšu paraugus no meteorīta krātera, kas atrodas Velna kanjonā, ASV. Viņš nosauca šo minerālu par moissanītu. No otras puses, Edvards Goodrihs Achesons (1894) izveidoja silīcija karbīda sintezēšanas metodi, augstas tīrības pakāpes smiltīm vai kvarcam reaģējot ar naftas koksu.

Goodrihs nosauca iegūto produktu par carborundum (vai carborundium) un nodibināja abrazīvu ražošanas uzņēmumu.

Ķīmiskā struktūra

Augšējais attēls parāda silīcija karbīda kubisko un kristālisko struktūru. Šis izvietojums ir tāds pats kā rombam, neraugoties uz atomu rādiusu atšķirībām starp C un Si.

Atšķirībā no jonu cietvielām un to elektrostatiskās mijiedarbības, visas saites ir izteikti kovalentas un virzītas.

SiC veido molekulāru tetraedru; tas ir, visi atomi ir saistīti ar četriem citiem. Šīs tetraedriskās vienības ir savienotas kopā ar kovalentām saitēm, pieņemot slāņainas kristāliskās struktūras.

Arī šiem slāņiem ir savi kristālu izkārtojumi, kas ir trīs veidu: A, B un C.

Citiem vārdiem sakot, slānis A atšķiras no slāņa B un pēdējais - no C. Tādējādi SiC kristāls sastāv no slāņu secības sakraušanas, parādoties fenomenam, kas pazīstams kā poliptiisms.

Piemēram, kubiskais poliatips (līdzīgs dimantiem) sastāv no ABC slāņu kaudzītes, un tāpēc tam ir 3C kristāla struktūra.

Citas šo slāņu kaudzes rada arī citas struktūras starp šiem romboedriskajiem un sešstūrainajiem polipiem. Patiesībā SiC kristāliskās struktūras ir "kristālisks traucējums".

SiC vienkāršākā sešstūra struktūra, 2H (augšējais attēls), veidojas slāņu sakraušanas rezultātā ar ABABA secību. Pēc katriem diviem slāņiem secība atkārtojas, un no turienes nāk cipars 2 .

Īpašības

Vispārīgās īpašības

Molārā masa

40,11 g / mol

Izskats

Tas mainās atkarībā no iegūšanas metodes un izmantotajiem materiāliem. Tas var būt: dzelteni, zaļi, melni zili vai zaigojoši kristāli.

Blīvums

3,16 g / cm3

Kušanas punkts

2830 ° C.

Refrakcijas indekss

2.55.

Kristāli

Pastāv polimorfismi: αSiC sešstūra kristāli un βSiC kubveida kristāli.

Cietība

9 līdz 10 pēc Mosa skalas.

Izturība pret ķīmiskiem līdzekļiem

Tas ir izturīgs pret spēcīgu skābju un sārmu iedarbību. Arī silīcija karbīds ir ķīmiski inerts .

Termiskās īpašības

- augsta siltuma vadītspēja.

- iztur augstas temperatūras.

- augsta siltuma vadītspēja.

- zems lineārās termiskās izplešanās koeficients, tāpēc tas atbalsta augstu temperatūru ar zemu izplešanos.

- izturīgs pret termisko triecienu.

Mehāniskās īpašības

- augsta izturība pret saspiešanu.

- izturīgs pret nodilumu un koroziju.

- Tas ir viegls materiāls ar lielu izturību un izturību.

- saglabā savu elastīgo pretestību augstā temperatūrā.

Īpašības

Tas ir pusvadītājs, kas var veikt savas funkcijas augstā temperatūrā un ārkārtējos spriegumos, ar nelielu enerģijas izkliedi uz elektrisko lauku.

Lietojumprogrammas

Kā abrazīvs

- Silīcija karbīds ir pusvadītājs, kurš astoņas reizes iztur vairāk nekā silīcija spēju izturēt augstu temperatūru, augstsprieguma vai elektriskā lauka gradientu. Šī iemesla dēļ tas ir noderīgi, veidojot diodes, tranzitorus, slāpētājus un augstas enerģijas mikroviļņu ierīces.

- Izmantojot šo savienojumu, tiek ražotas gaismas diodes (LED) un pirmo radioaparātu detektori (1907). Pašlaik silīcija karbīds LED spuldžu ražošanā ir aizstāts ar gallija nitrīdu, kas izstaro 10 līdz 100 reizes spilgtāku gaismu.

- Elektriskajās sistēmās silīcija karbīdu izmanto kā zibensnovedienu elektroenerģijas sistēmās, jo tās var regulēt tā pretestību, regulējot spriegumu visā tajā.

Strukturētas keramikas veidā

- Procesā, ko sauc par saķepināšanu, silīcija karbīda daļiņas, kā arī pavadoņi, tiek uzkarsētas līdz temperatūrai, kas ir zemāka par šī maisījuma kušanas temperatūru. Tādējādi tas palielina keramikas priekšmeta pretestību un izturību, izveidojot spēcīgas saites starp daļiņām.

- Silīcija karbīda keramikai ir bijis plašs pielietojums. Tos izmanto disku bremzēs un mehānisko transportlīdzekļu sajūgos, dīzeļdegvielas daļiņu filtros un kā piedevu eļļās, lai samazinātu berzi.

- Silīcija karbīda strukturālās keramikas lietojumi ir kļuvuši plaši izplatīti augstās temperatūrās pakļautās daļās. Piemēram, tas attiecas uz raķešu inžektoru rīkli un kurtuvju veltņiem.

- Augstas siltumvadītspējas, cietības un augstas temperatūras stabilitātes apvienojums padara siltummaiņu cauruļu komponentus, kas ražoti ar silīcija karbīdu.

- Strukturālo keramiku izmanto smilšu strūklas inžektoros, automobiļu ūdens sūkņu blīvējumos, gultņos un ekstrūzijas presformās. Tas ir arī materiāls tīģeļiem, ko izmanto metāla kausēšanā.

- Tā ir daļa no sildelementiem, ko izmanto stikla un krāsaino metālu kausēšanai, kā arī metālu termiskai apstrādei.

Citi lietojumi

- To var izmantot gāzu temperatūras mērīšanai. Paņēmienā, ko sauc par pirometriju, silīcija karbīda kvēldiegs tiek uzkarsēts un izstaro starojumu, kas korelē ar temperatūru diapazonā no 800-2500ºK.

- To izmanto kodolspēkstacijās, lai novērstu no skaldīšanās radušos materiālu noplūdi.

- Tērauda ražošanā to izmanto kā degvielu.

Atsauces

1. Nikolajs G. Raits, Altons B. Horsfalds. Silīcija karbīds: veca drauga atgriešanās. Material Matters 4. sējums, 2. pants. Iegūts 2018. gada 5. maijā, no: sigmaaldrich.com
2. Džons Faitfulls. (2010. gada februāris). Carborundum kristāli. Saņemts 2018. gada 5. maijā no: commons.wikimedia.org
3. Čārlzs un Kolvards. Poliptisms un moissanīts. Saņemts 2018. gada 5. maijā no: moissaniteitalia.com
4. Materiālzinātnieks. (2014). SiC2būveA. . Saņemts 2018. gada 5. maijā no: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silīcija karbīds. Saņemts 2018. gada 5. maijā no: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silīcija karbīds. Saņemts 2018. gada 5. maijā no: navarrosic.com
7. Barselonas Universitāte. Silīcija karbīds, SiC. Saņemts 2018. gada 5. maijā no: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silīcija karbīds. Saņemts 2018. gada 5. maijā no vietnes carbosystem.com