Chemická struktura karbidu křemíku, vlastnosti a použití



karbid křemíku je to kovalentní pevná látka tvořená uhlíkem a křemíkem. To je velké tvrdosti s hodnotou 9.0 k 10 na Mohs měřítku a jeho chemický vzorec je SiC, který může navrhnout, že uhlík je vázán na křemík trojitou kovalentní vazbou, s kladným nábojem (+ \ t ) v Si a záporný náboj (-) v uhlíku (+Si≡C-).

Ve skutečnosti jsou vazby v této sloučenině naprosto odlišné. To bylo objeveno v 1824 švédským chemikem Jön Jacob Berzelius, zatímco snaží se syntetizovat diamanty. V 1893 francouzský vědec Henry Moissani objevil nerost, jehož složení obsahovalo karbid křemíku.

Tento objev byl proveden při zkoumání skalních vzorků z kráteru meteoritu v Devil's Canyon v USA. UU Tento minerál označil za moissanit. Na druhé straně, Edward Goodrich Acheson (1894) vytvořil metodu syntetizovat karbid křemíku, tím, že reaguje s pískem nebo křemenem vysoké čistoty s ropným koksem..

Goodrich jmenoval carborundum (nebo carborundium) k získanému produktu a založil společnost k produkci brusiva.

Index

  • 1 Chemická struktura
  • 2 Vlastnosti
    • 2.1 Obecné vlastnosti
    • 2.2 Tepelné vlastnosti
    • 2.3 Mechanické vlastnosti
    • 2.4 Elektrické vlastnosti
  • 3 Použití
    • 3.1 Jako brusivo
    • 3.2 Ve formě strukturované keramiky
    • 3.3 Další použití
  • 4 Odkazy

Chemická struktura

Horní obrázek znázorňuje kubickou a krystalickou strukturu karbidu křemíku. Toto uspořádání je stejné jako u diamantu, a to i přes rozdíly atomových poloměrů mezi C a Si.

Všechny vazby jsou silně kovalentní a směrové, na rozdíl od iontových pevných látek a jejich elektrostatických interakcí.

SiC tvoří molekulární tetrahedru; to znamená, že všechny atomy jsou spojeny se čtyřmi dalšími. Tyto tetrahedrální jednotky jsou spojeny kovalentními vazbami a přijímají krystalické struktury vrstvami.

Tyto vrstvy mají také své vlastní krystalové uspořádání, které má tři typy: A, B a C.

To znamená, že vrstva A je odlišná od B, a to jedna k C. Tak, krystal SiC sestává z stohování posloupnosti vrstev, nastávat jev známý jako politipism.

Například, kubický polytype (podobný tomu diamantu) sestává z hromady vrstev ABC a, proto, má krystalovou strukturu 3C \ t.

Jiné komíny těchto vrstev také generují další struktury, mezi těmito rhombohedrálními a hexagonálními polytypy. Ve skutečnosti, krystalické struktury SiC skončí být “krystalická porucha” \ t.

Nejjednodušší hexagonální struktura pro SiC, 2H (horní obraz), je tvořena jako výsledek stohování vrstev se sekvencí ABABA ... Po každé ze dvou vrstev se sekvence opakuje a to je místo, kde číslo 2 pochází z.

Vlastnosti

Obecné vlastnosti

Molární hmotnost

40,11 g / mol

Vzhled

Liší se podle způsobu získávání a použitých materiálů. Může to být: žluté, zelené, načervenalé modré nebo duhové krystaly.

Hustota

3,16 g / cm3

Teplota tání

2830 ° C.

Index lomu

2.55.

Krystaly

Existuje polymorfismus: aSiC hexagonální krystaly a pSiC kubické krystaly.

Tvrdost

9 až 10 podle Mohsovy stupnice.

Odolnost vůči chemickým látkám

Je odolný vůči působení silných kyselin a zásad. Kromě toho je karbid křemíku chemicky inertní.

Tepelné vlastnosti

- Vysoká tepelná vodivost.

- Vydrží vysoké teploty.

- Vysoká tepelná vodivost.

- Koeficient lineární tepelné roztažnosti nízký, který podporuje vysoké teploty s nízkou expanzí.

- Odolnost proti tepelnému šoku.

Mechanické vlastnosti

- Vysoká pevnost v tlaku.

- Odolný vůči oděru a korozi.

- Je to lehký materiál s velkou pevností a odolností.

- Udržuje si elastickou odolnost při vysokých teplotách.

Vlastnosti elektrické

Je to polovodič, který může plnit své funkce při vysokých teplotách a extrémních napětích, s malým rozptylem energie do elektrického pole.

Použití

Jako brusivo

- Karbid křemíku je polovodič schopný odolávat vysokým teplotám, vysokým napětím nebo gradientům elektrického pole 8krát více než silikon může vydržet. To je důvod, proč je užitečný při stavbě diod, převodníků, supresorů a mikrovlnných zařízení s vysokou energií.

- Se sloučeninou se vyrábějí diody vyzařující světlo (LED) a detektory prvního rádia (1907). V současné době byl karbid křemíku nahrazen při výrobě LED žárovek nitridem galia, který vyzařuje světlo od 10 do 100 krát jasnější..

- V elektrických systémech, karbid křemíku je používán jako bleskosvod v elektrických energetických systémech, protože oni mohou regulovat jejich odpor tím, že reguluje napětí přes toto..

Ve formě strukturované keramiky

- V procesu známém jako slinování se částice karbidu křemíku - stejně jako částice - zahřívají na teplotu nižší, než je teplota tání této směsi. Tím se zvyšuje pevnost a pevnost keramického předmětu vytvořením silných vazeb mezi částicemi.

- Konstrukční keramika karbidu křemíku má široké použití. Používají se v kotoučových brzdách a ve spojkách motorových vozidel, v částicových filtrech přítomných v naftě a jako přísada do olejů ke snížení tření..

- Použití konstrukční keramiky z karbidu křemíku se rozšířilo v částech vystavených vysokým teplotám. To je například případ hrdla raketových vstřikovačů a válců pecí.

- Kombinace vysoké tepelné vodivosti, tvrdosti a stability při vysokých teplotách činí komponenty trubek výměníku tepla karbidem křemíku.

- Konstrukční keramika se používá v tryskacích vstřikovačích, automobilových těsnění vodních čerpadel, ložisek a vytlačovacích nástrojů. Je také materiálem kelímků, které se používají při odlévání kovů.

- Je součástí topných prvků používaných při tavení skla a neželezných kovů, jakož i při tepelném zpracování kovů..

Ostatní použití

- Lze jej použít při měření teploty plynu. V technice známé jako pyrometrie se vlákno z karbidu křemíku zahřívá a vyzařuje záření, které koreluje s teplotou v rozmezí 800-2500 ° K.

- Používá se v jaderných elektrárnách, aby se zabránilo úniku materiálu vznikajícího štěpením.

- Při výrobě oceli se používá jako palivo.

Odkazy

  1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Karbid křemíku: Návrat starého přítele. Materiálové záležitosti Svazek 4 Článek 2. Získáno dne 5. května 2018, z: sigmaaldrich.com
  2. John Faithfull (Únor 2010). Krystaly karborundu. Získáno 5. května 2018, z: commons.wikimedia.org
  3. Charles & Colvard. Polytypism a Moissanite. Zdroj: květen 05, 2018, z: moissaniteitalia.com
  4. Materiálněvědný. (2014). SiC2HstructureA. [Obrázek] Získáno 5. května 2018, z: commons.wikimedia.org
  5. Wikipedia. (2018). Karbid křemíku. Získáno 5. května 2018, z: en.wikipedia.org
  6. Navarro SiC. (2018). Karbid křemíku. Zdroj: květen 05, 2018, z: navarrosic.com
  7. Univerzita v Barceloně. Karbid křemíku, SiC. Získáno 5. května 2018, z: ub.edu
  8. CarboSystem. (2018). Karbid křemíku. Získáno 5. května 2018, z: carbosystem.com