Zdieľam:
Chemická štruktúra karbidu kremíka, vlastnosti a použitie
karbid kremíka je to kovalentná tuhá látka tvorená uhlíkom a kremikom. Má veľkú tvrdosť s hodnotou 9,0 až 10 podľa Mohsovej stupnice a jej chemický vzorec je SiC, čo môže naznačovať, že uhlík je viazaný na kremík trojitou kovalentnou väzbou s kladným nábojom (+ ) v Si a záporný náboj (-) v uhlíku (+Si≡C-).
V skutočnosti sú prepojenia v tejto zlúčenine úplne odlišné. Bola objavená v roku 1824 švédskym chemikom Jön Jacob Berzelius, pričom sa snažila syntetizovať diamanty. V roku 1893 francúzsky vedec Henry Moissani objavil minerál, ktorého zloženie obsahovalo karbid kremíka.
Tento objav bol urobený pri skúmaní vzoriek horniny z kráteru meteoritu v Devil's Canyon v USA. UU. Tento minerál označil za moissanit. Na druhej strane Edward Goodrich Acheson (1894) vytvoril metódu na syntézu karbidu kremíka reakciou piesku alebo kremeňa s vysokou čistotou s ropným koksom..
Goodrich vymenoval carborundum (alebo carborundium) k získanému produktu a založil spoločnosť na výrobu brúsiv.
index
- 1 Chemická štruktúra
- 2 Vlastnosti
- 2.1 Všeobecné vlastnosti
- 2.2 Tepelné vlastnosti
- 2.3 Mechanické vlastnosti
- 2.4 Elektrické vlastnosti
- 3 Použitie
- 3.1 Ako abrazívum
- 3.2 Vo forme štruktúrovanej keramiky
- 3.3 Iné použitia
- 4 Odkazy
Chemická štruktúra
Horný obrázok znázorňuje kubickú a kryštalickú štruktúru karbidu kremíka. Toto usporiadanie je rovnaké ako u diamantu, napriek rozdielom atómových polomerov medzi C a Si.
Všetky väzby sú silne kovalentné a smerové, na rozdiel od iónových pevných látok a ich elektrostatických interakcií.
SiC tvorí molekulárnu tetrahedru; to znamená, že všetky atómy sú spojené so štyrmi ďalšími. Tieto tetraedrické jednotky sú navzájom spojené kovalentnými väzbami, pričom vrstvy prijímajú kryštalické štruktúry.
Tieto vrstvy majú tiež svoje vlastné kryštálové usporiadania, ktoré sú troch typov: A, B a C.
To znamená, že vrstva A je iná ako B, a to jedna až C. Kryštál SiC teda pozostáva zo stohovania sekvencií vrstiev, ktoré sa vyskytujú v jave známom ako politipizmus.
Napríklad kubický polytyp (podobný diamantu) pozostáva zo stohu vrstiev ABC a preto má kryštálovú štruktúru 3C.
Iné komíny týchto vrstiev tiež vytvárajú iné štruktúry, medzi týmito rhombohedrálnymi a hexagonálnymi polytypmi. V skutočnosti, kryštalické štruktúry SiC končia ako "kryštalická porucha".
Najjednoduchšia hexagonálna štruktúra pre SiC, 2H (horný obrázok), je vytvorená ako výsledok stohovania vrstiev so sekvenciou ABABA ... Po každej z dvoch vrstiev sa sekvencia opakuje a to je miesto, kde číslo 2 pochádza z.
vlastnosti
Všeobecné vlastnosti
Molárna hmotnosť
40,11 g / mol
vzhľad
Líši sa podľa spôsobu získavania a použitých materiálov. Môže to byť: žlté, zelené, čiernobiele alebo duhové kryštály.
hustota
3,16 g / cm3
Teplota topenia
2830 ° C.
Index lomu
2,55.
kryštály
Existuje polymorfizmus: aSiC hexagonálne kryštály a pSiC kubické kryštály.
tvrdosť
9 až 10 podľa Mohsovej stupnice.
Odolnosť voči chemickým činidlám
Je odolný voči pôsobeniu silných kyselín a zásad. Okrem toho je karbid kremíka chemicky inertný.
Tepelné vlastnosti
- Vysoká tepelná vodivosť.
- Odoláva vysokým teplotám.
- Vysoká tepelná vodivosť.
- Koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti je nízky, čo podporuje vysoké teploty s nízkou expanziou.
- Odolný voči tepelnému šoku.
Mechanické vlastnosti
- Vysoká pevnosť v tlaku.
- Odolný voči oderu a korózii.
- Je to ľahký materiál s veľkou pevnosťou a odolnosťou.
- Udržiava si elastickú odolnosť pri vysokých teplotách.
vlastnosti energie
Je to polovodič, ktorý môže plniť svoje funkcie pri vysokých teplotách a extrémnych napätiach, s malým rozptylom energie do elektrického poľa..
aplikácie
Ako abrazívum
- Karbid kremíka je polovodič schopný odolávať vysokým teplotám, vysokým napätiam alebo gradientom elektrického poľa 8-krát vyšším, než je odolnosť silikónu. To je dôvod, prečo je užitočný pri stavbe diód, prevodníkov, supresorov a vysokoenergetických mikrovlnných zariadení.
- So zlúčeninou sa vyrábajú diódy vyžarujúce svetlo (LED) a detektory prvých rádií (1907). V súčasnosti bol karbid kremíka nahradený pri výrobe LED žiaroviek nitridom gália, ktorý vyžaruje svetlo 10 až 100 krát jasnejšie..
- V elektrických systémoch sa karbid kremíka používa ako bleskozvod v elektrických systémoch, pretože môžu regulovať svoj odpor reguláciou napätia cez tento systém..
Vo forme štruktúrovanej keramiky
- Pri spôsobe známom ako spekanie sa častice karbidu kremíka - rovnako ako častice zo zmesí - zahrejú na teplotu nižšiu ako je teplota topenia tejto zmesi. Tým sa zvyšuje pevnosť a pevnosť keramického predmetu vytvorením silných väzieb medzi časticami.
- Konštrukčná keramika z karbidu kremíka má široké možnosti použitia. Používajú sa v kotúčových brzdách av spojkách motorových vozidiel, v časticových filtroch prítomných v nafte a ako prísada do olejov na zníženie trenia..
- Použitie konštrukčnej keramiky z karbidu kremíka sa rozšírilo v častiach vystavených vysokým teplotám. Toto je napríklad prípad hrdla vstrekovačov rakiet a valcov pecí.
- Kombinácia vysokej tepelnej vodivosti, tvrdosti a stability pri vysokých teplotách robí komponenty rúrok výmenníka tepla karbidom kremíka.
- Konštrukčná keramika sa používa v pieskovacích vstrekovačoch, automobilových tesneniach vodných čerpadiel, ložiskách a vytlačovacích nástrojoch. Predstavuje tiež materiál téglikov, ktoré sa používajú pri odlievaní kovov.
- Je súčasťou vykurovacích prvkov používaných pri tavení skla a neželezných kovov, ako aj pri tepelnom spracovaní kovov..
Iné použitia
- Môže sa použiť na meranie teploty plynu. V technike známej ako pyrometria sa vlákno z karbidu kremíka zahrieva a vyžaruje žiarenie, ktoré koreluje s teplotou v rozsahu 800-2500 ° K.
- Používa sa v jadrových zariadeniach na zabránenie úniku materiálu vznikajúceho štiepením.
- Pri výrobe ocele sa používa ako palivo.
referencie
- Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Karbid kremíka: Návrat starého priateľa. Materiálové záležitosti Zväzok 4 Článok 2. Získané 5. mája 2018, z: sigmaaldrich.com
- John Faithfull (Február 2010). Kryštály Carborundum. Získané dňa 5. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
- Charles & Colvard. Polytypism a Moissanite. Zdroj: máj 05, 2018, z: moissaniteitalia.com
- Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. [Obrázok]. Získané dňa 5. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Karbid kremíka. Získané dňa 5. mája 2018, z: en.wikipedia.org
- Navarro SiC. (2018). Karbid kremíka. Získané dňa 05. mája 2018, z: navarrosic.com
- Univerzita v Barcelone. Karbid kremíka, SiC. Získané dňa 05. mája 2018, z: ub.edu
- Carbosystem. (2018). Karbid kremíka. Získané 5. mája 2018, z: carbosystem.com