Struktur, Sifat dan Penggunaan Kimia Silikon Karbida

itu silikon karbida itu adalah padatan kovalen yang dibentuk oleh karbon dan silikon. Ini sangat keras dengan nilai 9,0 hingga 10 pada skala Mohs, dan rumus kimianya adalah SiC, yang mungkin menunjukkan bahwa karbon terikat pada silikon oleh ikatan kovalen rangkap tiga, dengan muatan positif (+ ) dalam Si dan muatan negatif (-) pada karbon (⁺Si≡C^-).

Sebenarnya, tautan di kompleks ini sangat berbeda. Ditemukan pada tahun 1824 oleh ahli kimia Swedia Jön Jacob Berzelius, ketika mencoba untuk mensintesis berlian. Pada tahun 1893, ilmuwan Prancis Henry Moissani menemukan mineral yang komposisinya mengandung silikon karbida.

Penemuan ini dilakukan saat memeriksa sampel batuan dari kawah meteorit di Devil's Canyon, AS. UU Dia menamakan mineral ini sebagai moissanite. Di sisi lain, Edward Goodrich Acheson (1894) menciptakan metode untuk mensintesis silikon karbida, dengan mereaksikan pasir atau kuarsa dengan kemurnian tinggi dengan kokas minyak bumi.

Goodrich menamakan carborundum (atau carborundium) dengan produk yang diperoleh dan mendirikan perusahaan untuk memproduksi abrasive.

Indeks

• 1 Struktur kimia
• 2 Properti
  • 2.1 Sifat umum
  • 2.2 Sifat termal
  • 2.3 Sifat mekanik
  • 2.4 Sifat listrik
• 3 Penggunaan
  • 3.1 Sebagai abrasif
  • 3.2 Dalam bentuk keramik terstruktur
  • 3.3 Penggunaan lain
• 4 Referensi

Struktur kimia

Gambar atas menggambarkan struktur kubik dan kristal silikon karbida. Susunan ini sama dengan berlian, meskipun ada perbedaan jari-jari atom antara C dan Si.

Semua tautan sangat kovalen dan terarah, tidak seperti padatan ionik dan interaksi elektrostatiknya.

SiC membentuk tetrahedra molekuler; yaitu, semua atom terhubung dengan empat atom lainnya. Unit tetrahedral ini bergabung bersama oleh ikatan kovalen, mengadopsi struktur kristal dengan lapisan.

Selain itu, lapisan-lapisan ini memiliki susunan kristal sendiri, yang terdiri dari tiga jenis: A, B dan C.

Dengan kata lain, bahwa lapisan A berbeda dengan B, dan yang ini dengan C. Dengan demikian, kristal SiC terdiri dari penumpukan urutan lapisan, terjadi fenomena yang dikenal sebagai politipisme..

Sebagai contoh, polytype kubik (mirip dengan berlian) terdiri dari tumpukan lapisan ABC dan, oleh karena itu, memiliki struktur kristal 3C.

Tumpukan lain dari lapisan-lapisan ini juga menghasilkan struktur-struktur lain, di antara ini poliprok rombohedral dan heksagonal. Bahkan, struktur kristal SiC akhirnya menjadi "gangguan kristal".

Struktur heksagonal paling sederhana untuk SiC, 2H (gambar atas), dibentuk sebagai hasil dari penumpukan lapisan dengan urutan ABABA ... Setelah masing-masing dua lapisan urutannya diulangi, dan dari situlah angka 2 berasal dari.

Properti

Sifat umum

Massa molar

40,11 g / mol

Penampilan

Bervariasi dengan metode perolehan dan bahan yang digunakan. Itu bisa: kristal kuning, hijau, biru kehitaman atau berwarna-warni.

Kepadatan

3,16 g / cm3

Titik lebur

2830 ºC.

Indeks bias

2.55.

Kristal

Ada polimorfisme: kristal heksagonal αSiC dan kristal βSiC kubik.

Kekerasan

9 hingga 10 pada skala Mohs.

Resistensi terhadap agen kimia

Ini tahan terhadap aksi asam kuat dan alkali. Selain itu, silikon karbida bersifat inert secara kimia.

Sifat termal

- Konduktivitas termal yang tinggi.

- Tahan suhu yang bagus.

- Konduktivitas termal yang tinggi.

- Koefisien ekspansi termal linier rendah, yang mendukung suhu tinggi dengan ekspansi rendah.

- Tahan terhadap goncangan termal.

Sifat mekanik

- Kekuatan tekan tinggi.

- Tahan terhadap abrasi dan korosi.

- Ini adalah bahan ringan dengan kekuatan dan ketahanan yang hebat.

- Mempertahankan ketahanan elastisnya pada suhu tinggi.

Properti listrik

Ini adalah semikonduktor yang dapat memenuhi fungsinya pada suhu tinggi dan voltase ekstrem, dengan sedikit disipasi daya ke medan listrik.

Penggunaan

Sebagai abrasif

- Silikon karbida adalah semikonduktor yang mampu menahan suhu tinggi, tegangan tinggi atau gradien medan listrik 8 kali lebih banyak daripada yang dapat ditahan silikon. Inilah sebabnya mengapa ini berguna dalam pembangunan dioda, transduser, penekan dan perangkat microwave berenergi tinggi.

- Dioda pemancar cahaya (LED) dan detektor radio pertama (1907) diproduksi dengan senyawa ini. Saat ini, silikon karbida telah diganti dalam pembuatan lampu LED oleh gallium nitride yang memancarkan cahaya dari 10 hingga 100 kali lebih terang.

- Dalam sistem kelistrikan, silikon karbida digunakan sebagai penangkal petir dalam sistem tenaga listrik, karena mereka dapat mengatur resistansi dengan mengatur tegangan melalui.

Dalam bentuk keramik terstruktur

- Dalam suatu proses yang dikenal sebagai sintering, partikel-partikel silikon karbida - dan juga partikel dari para sahabat - dipanaskan pada suhu yang lebih rendah daripada suhu leleh campuran ini. Dengan demikian, itu meningkatkan kekuatan dan kekuatan benda keramik, dengan membentuk ikatan yang kuat antara partikel.

- Keramik struktural silikon karbida telah memiliki berbagai kegunaan. Mereka digunakan dalam rem cakram dan di cengkeraman kendaraan bermotor, dalam filter partikel hadir dalam diesel dan sebagai aditif dalam minyak untuk mengurangi gesekan.

- Penggunaan keramik struktural silikon karbida telah menjadi luas di bagian yang terkena suhu tinggi. Sebagai contoh, ini adalah kasus tenggorokan dari injektor roket dan rol dari kiln.

- Kombinasi konduktivitas termal yang tinggi, kekerasan dan stabilitas suhu tinggi membuat komponen tabung penukar panas dengan silikon karbida.

- Keramik struktural digunakan dalam injektor sandblasting, segel otomotif pompa air, bantalan dan cetakan ekstrusi. Ini juga merupakan bahan cawan lebur, yang digunakan dalam pengecoran logam.

- Ini adalah bagian dari elemen pemanas yang digunakan dalam peleburan kaca dan logam non-ferrous, serta dalam perlakuan panas logam.

Penggunaan lainnya

- Dapat digunakan dalam pengukuran suhu gas. Dalam teknik yang dikenal sebagai pyrometry filamen silikon karbida dipanaskan dan memancarkan radiasi yang berkorelasi dengan suhu dalam kisaran 800-2500 ºK.

- Ini digunakan dalam pembangkit nuklir untuk mencegah kebocoran bahan yang dihasilkan oleh fisi.

- Dalam produksi baja digunakan sebagai bahan bakar.

Referensi

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: Kembalinya Seorang Teman Lama. Material Matters Volume 4 Article 2. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull (Februari 2010). Kristal karborundum. Diperoleh pada 5 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism dan Moissanite. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: moissaniteitalia.com
4. Ilmuwan material. (2014). Struktur SiC2. [Gambar] Diperoleh pada 5 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silikon karbida. Diperoleh pada 5 Mei 2018, dari: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silikon karbida. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: navarrosic.com
7. Universitas Barcelona. Silikon karbida, SiC. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silikon karbida. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: carbosystem.com