Estrutura química, propriedades e usos químicos do carboneto de silício

Cristais de carboneto de silício

O que é carboneto de silício?

Ele Carboneto de silício É um sólido covalente formado por carbono e silício. É de grande dureza com um valor de 9,0 a 10 na escala MOHS, e sua fórmula química é SiC, que pode pensar que o carbono é ligado ao silício por uma ligação covalente tripla, com uma carga positiva (+) no Si e uma carga negativa (-) em carbono (⁺Si bl^-).

Na verdade, links neste composto são totalmente diferentes. Foi descoberto em 1824 pelo químico sueco Jön Jacob Berzelius, enquanto tentava sintetizar os diamantes. Em 1893, o cientista francês Henry Moissani descobriu um mineral cuja composição continha carboneto de silício.

Essa descoberta fez isso ao examinar amostras de rocha da cratera de um meteorito no Diablo Canyon, ee. Uu. Ele chamou este mineral como Moissanita. Por outro lado, Edward Goodrich Acheson (1894) criou um método para sintetizar o carboneto de silício, reagir areias ou quartzo de alta pureza com coque a óleo.

Goodrich chamado Carborundum (ou Carborundium) para o produto obtido e fundou uma empresa para produzir abrasivos.

Estrutura química

A imagem superior ilustra a estrutura cúbica e cristalina do carboneto de silício. Esse arranjo é o mesmo que o do diamante, apesar das diferenças dos rádios atômicos entre C e o Si.

Todos os links são fortemente covalentes e direcionais, diferentemente dos sólidos iônicos e suas interações eletrostáticas.

A SiC forma o tetraedro molecular; isto é, todos os átomos estão ligados a outros quatro. Essas unidades tetraédricas se ligam por ligações covalentes, adotando estruturas cristalinas por camadas.

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Além disso, essas camadas têm seus próprios arranjos cristalinos, que são de três tipos: A, B e C.

Isto é, que uma camada A é diferente do B e o último para o C. Assim, o cristal sic consiste em empilhar uma sequência de camadas, ocorrendo o fenômeno conhecido como politipismo.

Por exemplo, o polytype cúbico (semelhante ao do diamante) consiste em um empilhamento de camada ABC e, portanto, possui uma estrutura cristalina 3C.

Outros empilhamentos dessas camadas também geram outras estruturas, entre esses políticos rhomboédica e hexagonais. De fato, as estruturas cristalinas do SiC acabam sendo um "distúrbio cristalino".

A estrutura hexagonal mais simples para o sic, o 2H (imagem superior), é formada como resultado do empilhamento das camadas com a sequência ababa ... Após cada duas camadas, a sequência é repetida, e a partir daí é onde o número 2 surge de.

Propriedades de Carboneto de silício

Propriedades gerais

Massa molar

40,11 g/mol

Aparência

Varia com o método de obtenção e os materiais utilizados. Pode ser: cristais amarelos, verdes, azuis enegrecidos ou iridescentes.

Densidade

3,16 g/cm3

Ponto de fusão

2830 ºC.

Índice de refração

2.55.

Cristais

Há polimorfismo: cristais hexagonais αsic e cristais cúbicos βsic.

Dureza

9 a 10 na escala MOHS.

Resistências a agentes químicos

É resistente à ação de ácidos e alcalos fortes. Além disso, o carboneto de silício é quimicamente inerte.

Propriedades térmicas

• Alta condutividade térmica.
• Ele suporta grandes temperaturas.
• Alta condutividade térmica.
• Coeficiente de dilatação térmica baixo linear, por isso suporta grandes temperaturas com baixa expansão.
• Resistente ao choque térmico.

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Propriedades mecânicas

• Alta resistência à compressão.
• Resistente à abrasão e corrosão.
• É um material leve de grande força e resistência.
• Mantém sua resistência elástica em altas temperaturas.

Propriedades elétrico

É um semicondutor que pode cumprir suas funções a altas temperaturas e tensões extremas, com pouca dissipação de seu poder no campo elétrico.

Usos de Carboneto de silício

Tão abrasivo

• O carboneto de silício é um semicondutor capaz de suportar grandes temperaturas, gradientes de alta tensão ou campo elétrico 8 vezes mais do que o silício pode suportar. Portanto, utilidade na construção de diodos, transitores, supressores e dispositivos de microondas de alta energia.
• Com o composto, os diodos emissores de luz (LED) e os detectores dos primeiros rádios (1907) são fabricados. Atualmente, o carboneto de silício foi substituído na fabricação de lâmpadas de LED por gálio nitur.
• Em sistemas elétricos, carbure de silício.

Na forma de cerâmica estruturada

• Em um processo conhecido como sinterização, as partículas de carboneto de silício - bem como as dos companheiros - são aquecidas a uma temperatura mais baixa do que a temperatura de fusão dessa mistura. Assim, a resistência e a força do objeto de cerâmica aumenta, formando fortes ligações entre as partículas.
• A cerâmica estrutural do carboneto de silício teve uma extensa gama de usos. Eles são usados ​​em freios a disco e nas embreagens de veículos a motor, em filtros de partículas presentes em diesel e como aditivo em óleos para reduzir o atrito.
• Os usos da cerâmica estrutural do carboneto de silício foram generalizados nas partes expostas a altas temperaturas. Por exemplo, este é o caso da garganta dos injetores dos foguetes e dos rolos dos fornos.
• A combinação de alta condutividade térmica, de dureza e estabilidade em altas temperaturas, causa os componentes dos trocadores de calor com carboneto de silício a serem fabricados.
• A cerâmica estrutural é usada nos injetores de jatos de areia, selos automotivos de bombas de água, rolamentos e dados de extrusão. Também constitui o material dos crosolos, usado na fundição dos metais.
• Faz parte dos elementos de aquecimento que são usados ​​na fundição de vidro e metais não ferrosos, bem como no tratamento calórico de metais.

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Outros usos

• Pode ser usado na medição de temperatura do gás. Em uma técnica conhecida como pirometria, um filamento de carboneto de silício é aquecido e emite uma radiação que se correlaciona com a temperatura em uma faixa de 800-2500 ºK.
• É usado em usinas nucleares para evitar o vazamento do material produzido pela fissão.
• Na produção de aço, é usado como combustível.