SILIKON KARBIDA: STRUKTUR KIMIA, SIFAT DAN KEGUNAANNYA - KIMIA - 2025

The silikon karbida ialah kovalen pepejal yang terdiri daripada karbon dan silikon. Sangat sukar dengan nilai 9.0 hingga 10 pada skala Mohs, dan formula kimianya adalah SiC, yang mungkin menunjukkan bahawa karbon terikat pada silikon oleh ikatan tiga kovalen, dengan muatan positif (+ ) pada Si dan cas negatif (-) pada karbon ( ⁺ Si≡C ^- ).

Sebenarnya, ikatan dalam sebatian ini sama sekali berbeza. Ia ditemui pada tahun 1824 oleh ahli kimia Sweden Jön Jacob Berzelius, ketika cuba mensintesis berlian. Pada tahun 1893 saintis Perancis Henry Moissani menemui mineral yang komposisinya mengandungi silikon karbida.

Penemuan ini dibuat semasa memeriksa sampel batu dari kawah meteorit di Devil's Canyon, Amerika Syarikat. Dia menamakan moissanite mineral ini. Sebaliknya, Edward Goodrich Acheson (1894) mencipta kaedah untuk mensintesis silikon karbida, bertindak balas terhadap pasir atau kuarza dengan kemurnian tinggi dengan kok petroleum.

Goodrich memanggil produk yang diperoleh carborundum (atau carborundium) dan mengasaskan sebuah syarikat untuk menghasilkan pelelas.

Struktur kimia

Gambar atas menggambarkan struktur kubik dan kristal silikon karbida. Susunan ini sama dengan berlian, walaupun terdapat perbezaan jejari atom antara C dan Si.

Semua ikatan kuat kovalen dan berarah, tidak seperti pepejal ionik dan interaksi elektrostatiknya.

SiC membentuk tetrahedra molekul; iaitu, semua atom dihubungkan dengan empat yang lain. Unit tetrahedral ini disatukan oleh ikatan kovalen, menggunakan struktur kristal berlapis.

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

Maksudnya, lapisan A berbeza dari lapisan B, dan lapisan terakhir dari C. Oleh itu, kristal SiC terdiri daripada susunan urutan lapisan, fenomena yang dikenali sebagai polytypism terjadi.

Sebagai contoh, politip kubik (serupa dengan berlian) terdiri daripada timbunan lapisan ABC dan oleh itu mempunyai struktur kristal 3C.

Tumpukan lapisan lain juga menghasilkan struktur lain, di antara rhombohedral dan politip heksagon ini. Sebenarnya, struktur kristal SiC akhirnya menjadi "gangguan kristal".

Struktur heksagon paling sederhana untuk SiC, 2H (gambar atas), terbentuk sebagai hasil susunan lapisan dengan urutan ABABA … Selepas setiap dua lapisan urutan berulang, dan dari situlah nombor 2 berasal .

Hartanah

Harta umum

Jisim molar

40.11 g / mol

Penampilan

Ia berbeza dengan kaedah memperoleh dan bahan yang digunakan. Ini boleh menjadi: kristal kuning, hijau, biru kehitaman atau warna warni.

Ketumpatan

3.16 g / cm3

Takat lebur

2830 ° C.

Indeks biasan

2.55.

Kristal

Terdapat polimorfisme: kristal heksagon αSiC dan kristal padu βSiC.

Kekerasan

9 hingga 10 pada skala Mohs.

Rintangan terhadap agen kimia

Ia tahan terhadap tindakan asid kuat dan alkali. Juga, silikon karbida tidak lestari secara kimia .

Sifat termal

- Kekonduksian terma yang tinggi.

- Menahan suhu tinggi.

- Kekonduksian terma yang tinggi.

- Pekali pengembangan termal linear rendah, jadi menyokong suhu tinggi dengan pengembangan rendah.

- Tahan terhadap kejutan haba.

Sifat mekanikal

- Rintangan tinggi terhadap mampatan.

- Tahan terhadap lelasan dan kakisan.

- Ini adalah bahan ringan yang kuat dan tahan.

- Mengekalkan daya tahan elastik pada suhu tinggi.

Hartanah

Ini adalah semikonduktor yang dapat memenuhi fungsinya pada suhu tinggi dan voltan yang melampau, dengan sedikit pengurangan daya ke medan elektrik.

Permohonan

Sebagai pelelas

- Silikon karbida adalah semikonduktor yang mampu menahan suhu tinggi, voltan tinggi atau kecerunan medan elektrik 8 kali lebih banyak daripada tin silikon. Atas sebab ini, ia berguna dalam pembinaan diod, transitor, penekan dan peranti gelombang mikro bertenaga tinggi.

- Dengan kompaun, diod pemancar cahaya (LED) dan pengesan radio pertama (1907) dihasilkan. Pada masa ini, silikon karbida telah diganti dalam pembuatan mentol LED oleh gallium nitride yang memancarkan cahaya yang 10 hingga 100 kali lebih terang.

- Dalam sistem elektrik, silikon karbida digunakan sebagai kilat dalam sistem tenaga elektrik, kerana mereka dapat mengatur ketahanannya dengan mengatur voltan di atasnya.

Dalam bentuk seramik berstruktur

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

- Keramik struktur silikon karbida mempunyai banyak aplikasi. Mereka digunakan dalam brek cakera dan kopling kenderaan bermotor, dalam penapis partikulat diesel, dan sebagai bahan tambahan dalam minyak untuk mengurangkan geseran.

- Penggunaan seramik struktur silikon karbida telah meluas di bahagian yang terdedah kepada suhu tinggi. Sebagai contoh, ini adalah kes tekak penyuntik roket dan penggelek relau.

- Gabungan kekonduksian terma, kekerasan dan kestabilan suhu tinggi menjadikan komponen tiub penukar haba dihasilkan dari silikon karbida.

- Seramik struktur digunakan dalam penyuntik pasir, penyekat pam air automotif, galas dan penyemperitan mati. Bahan ini juga digunakan untuk peleburan, digunakan dalam peleburan logam.

- Ini adalah sebahagian dari elemen pemanasan yang digunakan dalam peleburan logam kaca dan bukan ferus, serta dalam perlakuan panas logam.

Kegunaan lain

- Ia dapat digunakan untuk mengukur suhu gas. Dalam teknik yang dikenali sebagai pirometri, filamen silikon karbida dipanaskan dan memancarkan radiasi yang berkorelasi dengan suhu dalam lingkungan 800-2500ºK.

- Digunakan di loji nuklear untuk mencegah kebocoran bahan yang dihasilkan oleh pembelahan.

- Dalam pengeluaran baja digunakan sebagai bahan bakar.

Rujukan

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: Kembalinya Rakan Tua. Perkara Perkara Jilid 4 Artikel 2. Diakses pada 05 Mei 2018, dari: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Februari 2010). Kristal Carborundum. Diakses pada 05 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism dan Moissanite. Diakses pada 5 Mei 2018, dari: moissaniteitalia.com
4. Ahli sains bahan. (2014). Struktur SiC2A. . Diakses pada 05 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silikon karbida. Diakses pada 05 Mei 2018, dari: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silikon karbida. Diakses pada 5 Mei 2018, dari: navarrosic.com
7. Universiti Barcelona. Silicon Carbide, SiC. Diakses pada 05 Mei 2018, dari: ub.edu
8. Sistem Carbo. (2018). Silicium karbida. Diakses pada 05 Mei 2018, dari: carbosystem.com