CARBUR DE SILICI: ESTRUCTURA QUÍMICA, PROPIETATS I USOS - QUIMICA - 2026

El carbur de silici és un sòlid covalent format per carboni i silici. És de gran duresa amb valor de 9,0 a 10 en l'escala de Mohs, i la seva fórmula química és SiC, el que pot donar a pensar que el carboni està unit a l'silici per un triple enllaç covalent, amb una càrrega positiva (+) al Si i una càrrega negativa (-) en el carboni (⁺ Si≡C ^-).

En realitat, els enllaços en aquest compost són totalment diferents. Va ser descobert en 1824 pel químic suec Jon Jacob Berzelius, mentre tractava de sintetitzar diamants. El 1893 el científic francès Henry Moissani va descobrir un mineral la composició contenia carbur de silici.

Aquest descobriment ho va fer mentre examinava mostres de roques de cràter d'un meteorit al Canó de el Diable, EE. UU. Va denominar a aquest mineral com moissanita. D'altra banda, Edward Goodrich Acheson (1894) va crear un mètode per sintetitzar carbur de silici, fent reaccionar sorres o quars d'alta puresa amb coc de petroli.

Goodrich va denominar carborundum (o carborundio) a l'producte obtingut i va fundar una companyia per produir abrasius.

estructura química

La imatge superior il·lustra l'estructura cúbica i cristal·lina de l'carbur de silici. Aquest acord és el mateix que el de el diamant, tot i les diferències dels radis atòmics entre el C i el Si.

Tots els enllaços són fortament covalents i direccionals, a diferència dels sòlids iònics i les seves interaccions electrostàtiques.

El SiC forma tetraedres moleculars; és a dir, tots els àtoms estan enllaçats a altres quatre. Aquestes unitats tetraèdriques s'uneixen entre si per enllaços covalents, adoptant estructures cristal·lines per capes.

Així mateix, aquestes capes tenen els seus propis arranjaments cristal·lins, els quals són de tres tipus: A, B i C.

És a dir, que una capa A és diferent de la B, i aquesta última a la C. Així, el vidre de l'SiC consisteix de l'apilament d'una seqüència de capes, passant el fenomen conegut com politipisme.

Per exemple, el politipo cúbic (semblant a el de el diamant) consisteix d'un apilament de capes ABC i, per tant, té una estructura cristal·lina 3C.

Altres apilaments d'aquestes capes generen igualment altres estructures, entre aquestes politipos romboèdrics i hexagonals. De fet, les estructures cristal·lines de l'SiC acaben sent un "desordre cristal·lí".

L'estructura hexagonal més simple per al SiC, la 2H (imatge superior), es forma com a resultat de l'apilament de les capes amb la seqüència ABABA… Després de cada dues capes la seqüència es repeteix, i d'allà és d'on sorgeix el número 2.

propietats

propietats generals

massa molar

40,11 g / mol

aparença

Varia amb el mètode d'obtenció i els materials utilitzats. Pot ser: groc, verd, blau negrós o vidres iridescents.

densitat

3,16 g / cm3

Punt de fusió

2830 ºC.

Índex de refracció

2,55.

vidres

Hi ha polimorfisme: αSiC vidres hexagonals i βSiC cristalls cúbics.

duresa

9 a 10 en l'escala Mohs.

Resistències a agents químics

És resistent a l'acció dels àcids i àlcalis fort. A més, el carbur de silici és químicament inert .

propietats tèrmiques

- Alta conductivitat tèrmica.

- Suporta grans temperatures.

- Conductivitat tèrmica alta.

- Coeficient de dilatació tèrmica lineal baix, per la qual cosa suporta grans temperatures amb una baixa expansió.

- Resistent a l'xoc tèrmic.

propietats mecàniques

- Alta resistència a la compressió.

- Resistent a l'abrasió ia la corrosió.

- És un material lleuger de gran fortalesa i resistència.

- Manté la seva resistència elàstica a altes temperatures.

propietats

És un semiconductor que pot complir les seves funcions a temperatures elevades i voltatges extrems, amb poca dissipació de la seva potència a el camp elèctric.

usos

com abrasiu

- El carbur de silici és un semiconductor capaç de suportar grans temperatures, gradients alts de voltatge o de camp elèctric 8 vegades més del que pot suportar el silici. Per això d'utilitat en la construcció de díodes, transitores, supressors i dispositius de microones d'alta energia.

- Amb el compost es fabriquen díodes emissors de llum (LED) i els detectors dels primers radis (1907). Actualment, el carbur de silici ha estat substituït en la fabricació de les bombetes LED pel nitrur de gal·li que emet una llum de 10 a 100 vegades més brillant.

- En els sistemes elèctrics s'usa el carbur de silici com parallamps en els sistemes d'energia elèctrica, ja que poden regular la seva resistència regulant el voltatge a través d'aquesta.

Sota la forma de ceràmiques estructurades

- En un procés conegut com sinterització, les partícules de carbur de silicis -així com les dels acompanyants- són escalfades a una temperatura més baixa que la temperatura de fusió d'aquesta barreja. Així, augmenta la resistència i la força de l'objecte de ceràmica, mitjançant la formació de fortes enllaços entre les partícules.

- Les ceràmiques estructurals de l'carbur de silici han tingut una gamma extensa d'usos. S'utilitzen en els frens de disc i en els embragatges dels vehicles automotors, en els filtres de partícules presents en el dièsel i com a additiu en olis per reduir la fricció.

- Els usos de les ceràmiques estructurals de carbur de silici s'han generalitzat en les parts exposades a altes temperatures. Per exemple, aquest és el cas de la gola dels brocs dels coets i els rodets dels forns.

- La combinació d'alta conductivitat tèrmica, de la duresa i de l'estabilitat a altes temperatures fa que es fabriquin els components dels tubs d'intercanviadors de calor amb carbur de silici.

- La ceràmica estructural és usada en els brocs dels raigs de sorra, segells automotors de les bombes d'aigua, coixinets i donats d'extrusió. També constitueix el material dels gresols, utilitzats en la fosa de metalls.

- Forma part dels elements escalfadors que s'usen en la fosa de el vidre i dels metalls no fèrrics, així com en el tractament calòric de metalls.

altres usos

- Pot usar-se en el mesurament de la temperatura de gasos. En una tècnica coneguda com pirometria un filament de carbur de silici s'escalfa i emet una radiació que es correlaciona amb la temperatura en una gamma de 800-2500 º K.

- S'usa en les plantes nuclears per evitar la fugida de l'material produït per fissió.

- En la producció d'acer s'utilitza com a combustible.

referències

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: The Return of an Old Friend. Material Matters Volume 4 Article 2. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Febrer de 2010). Carborundum crystals. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism and Moissanite. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: moissaniteitalia.com
4. Materialscientist. (2014). SiC2HstructureA.. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silicon carbide. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). El carbur de silici. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: navarrosic.com
7. Universitat de Barcelona. Carbur de Silici, SiC. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Carbur de Silici. Recuperat el 05 de Maig de 2018, de: carbosystem.com