KARBID KREMÍKA: CHEMICKÁ ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI A POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Karbid kremíka je pevný kovalentnej pozostávajúci z uhlíka a kremíka. Má veľkú tvrdosť s hodnotou 9,0 až 10 na Mohsovej stupnici a jej chemický vzorec je SiC, čo môže naznačovať, že uhlík je viazaný na kremík kovalentnou trojitou väzbou s kladným nábojom (+ ) na Si a záporný náboj (-) na uhlíku ( ⁺ Si≡C ^- ).

V skutočnosti sú väzby v tejto zlúčenine úplne odlišné. Objavil ju v roku 1824 švédsky chemik Jön Jacob Berzelius, keď sa pokúšal syntetizovať diamanty. V roku 1893 francúzsky vedec Henry Moissani objavil minerál, ktorého zloženie obsahovalo karbid kremíka.

Tento objav sa uskutočnil pri skúmaní vzoriek hornín z kráteru meteoritu v diablovom kaňone v USA. Tento minerálny moissanit nazval. Na druhej strane, Edward Goodrich Acheson (1894) vytvoril metódu syntézy karbidu kremíka reakciou vysoko čistého piesku alebo kremeňa s ropným koksom.

Goodrich nazval výrobok získaným karborundom (alebo karborundiom) a založil spoločnosť na výrobu brúsiv.

Chemická štruktúra

Horný obrázok ilustruje kubickú a kryštalickú štruktúru karbidu kremíka. Toto usporiadanie je rovnaké ako usporiadanie diamantov, napriek rozdielom v atómových polomeroch medzi C a Si.

Všetky väzby sú silne kovalentné a smerové, na rozdiel od iónových tuhých látok a ich elektrostatických interakcií.

SiC tvorí molekulárnu tetraedru; to znamená, že všetky atómy sú spojené so štyrmi ďalšími. Tieto tetrahedrálne jednotky sú spojené kovalentnými väzbami, ktoré prijímajú vrstvené kryštalické štruktúry.

Tieto vrstvy majú tiež svoje vlastné usporiadanie kryštálov, ktoré sú troch typov: A, B a C.

To znamená, že vrstva A sa líši od vrstvy B a druhá z vrstvy C. Kryštál SiC teda pozostáva zo stohovania sekvencií vrstiev, javu, ktorý sa vyskytuje ako polytypismus.

Napríklad kubický polytyp (podobný tomu u diamantu) pozostáva zo stohu ABC vrstiev, a preto má kryštalickú štruktúru 3C.

Iné zväzky týchto vrstiev tiež vytvárajú ďalšie štruktúry medzi týmito romboedrickými a hexagonálnymi polytypmi. V skutočnosti sú kryštalické štruktúry SiC nakoniec „kryštalickou poruchou“.

Najjednoduchšia hexagonálna štruktúra pre SiC, 2H (horný obrázok), sa vytvára ako výsledok vrstvenia vrstiev sekvenciou ABABA … Po každých dvoch vrstvách sa sekvencia opakuje a odtiaľ pochádza číslo 2 ,

vlastnosti

Všeobecné vlastnosti

Molárna hmota

40,11 g / mol

vzhľad

Líši sa v závislosti od spôsobu získania a použitých materiálov. Môže to byť: žlté, zelené, načernalé modré alebo dúhové kryštály.

Hustota

3,16 g / cm3

Bod topenia

2830 ° C

Index lomu

2.55.

kryštály

Existujú polymorfizmy: aSiC hexagonálne kryštály a pSiC kubické kryštály.

tvrdosť

9 až 10 na Mohsovej stupnici.

Odolnosť proti chemickým činidlám

Je odolný voči pôsobeniu silných kyselín a zásad. Karbid kremíka je tiež chemicky inertný .

Tepelné vlastnosti

- Vysoká tepelná vodivosť.

- Odoláva vysokým teplotám.

- Vysoká tepelná vodivosť.

- Nízky koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti, takže podporuje vysoké teploty s nízkou rozťažnosťou.

- Odolné proti tepelným nárazom.

Mechanické vlastnosti

- Vysoká odolnosť proti stlačeniu.

- Odolné proti oderu a korózii.

- Je to ľahký materiál s veľkou pevnosťou a odolnosťou.

- Udržuje svoju elastickú odolnosť pri vysokých teplotách.

vlastnosti

Je to polovodič, ktorý môže plniť svoje funkcie pri vysokých teplotách a extrémnom napätí, s malým rozptylom energie do elektrického poľa.

aplikácia

Ako brúsivo

- Karbid kremíka je polovodič schopný odolávať vysokým teplotám, vysokému napätiu alebo gradientom elektrického poľa 8-krát viac ako môže kremík. Z tohto dôvodu je užitočná pri konštrukcii diód, transduktorov, supresorov a vysokoenergetických mikrovlnných zariadení.

- So zlúčeninou sa vyrábajú svetelné diódy (LED) a detektory prvých rádií (1907). V súčasnosti bol karbid kremíka pri výrobe LED žiaroviek nahradený nitridom gália, ktorý vyžaruje svetlo, ktoré je 10 až 100-krát jasnejšie.

- V elektrických systémoch sa karbid kremíka používa ako bleskozvod v elektrických silových systémoch, pretože môže regulovať jeho odpor reguláciou napätia cez neho.

Vo forme štruktúrovanej keramiky

- V procese známom ako spekanie sa častice karbidu kremíka - rovnako ako častice spoločníkov - zahrievajú na teplotu nižšiu ako je teplota topenia tejto zmesi. Zvyšuje tak odpor a pevnosť keramického predmetu vytváraním silných väzieb medzi časticami.

- Štrukturálna keramika z karbidu kremíka mala široké uplatnenie. Používajú sa v kotúčových brzdách a spojkách motorových vozidiel, vo filtroch tuhých znečisťujúcich látok a ako prísada do olejov na zníženie trenia.

- Použitie štruktúrnej keramiky karbidu kremíka sa v častiach vystavených vysokým teplotám rozšírilo. Napríklad je to tak v prípade hrdla vstrekovačov rakiet a valčekov pece.

- Kombinácia vysokej tepelnej vodivosti, tvrdosti a stability pri vysokých teplotách spôsobuje, že komponenty rúrok výmenníkov tepla vyrobené z karbidu kremíka.

- Štrukturálna keramika sa používa v injektoroch piesku, tesneniach vodných čerpadiel automobilov, ložiskách a vytláčacích formách. Je to tiež materiál pre tégliky, ktoré sa používajú pri tavení kovov.

- Je súčasťou vykurovacích telies používaných pri tavení skla a neželezných kovov, ako aj pri tepelnom spracovaní kovov.

Iné použitia

- Môže byť použitý pri meraní teploty plynov. Pri technike známej ako pyrometria sa vlákno z karbidu kremíka zahrieva a vyžaruje žiarenie, ktoré koreluje s teplotou v rozmedzí 800 - 2500 ° K.

- Používa sa v jadrových elektrárňach na zabránenie úniku materiálu vzniknutého štiepením.

- Pri výrobe ocele sa používa ako palivo.

Referencie

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Karbid kremíka: Návrat starého priateľa. Material Matters Zväzok 4 Článok 2. Našiel sa 5. mája 2018 z: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Február 2010). Kryštály karborundu. Citované z 5. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
3. Charles a Colvard. Polytypismus a moissanit. Citované z 5. mája 2018, z: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA. , Citované z 5. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silikónový karbid. Citované z 5. mája 2018, z: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silikónový karbid. Našiel 5. mája 2018 z: navarrosic.com
7. Univerzita v Barcelone. Karbid kremíka, SiC. Získané dňa 5. mája 2018, z: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Karbid kremíka. Našiel sa 5. mája 2018 z: carbosystem.com