Carboneto de silício: estrutura química, propriedades e usos - Ciência - 2023

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o Carboneto de silício É um sólido covalente composto de carbono e silício. É de grande dureza com valor de 9,0 a 10 na escala de Mohs, e sua fórmula química é SiC, o que pode sugerir que o carbono esteja ligado ao silício por uma ligação tripla covalente, com carga positiva (+ ) em Si e uma carga negativa (-) em carbono (⁺Sim≡C^–).

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

Esta descoberta foi feita durante o exame de amostras de rocha da cratera de um meteorito em Devil's Canyon, EUA. Ele chamou esse mineral de moissanita. Por outro lado, Edward Goodrich Acheson (1894) criou um método para sintetizar carboneto de silício, reagindo areia ou quartzo de alta pureza com coque de petróleo.

Goodrich chamou o produto de carborundum (ou carborundium) e fundou uma empresa para produzir abrasivos.

Estrutura química

A imagem superior ilustra a estrutura cúbica e cristalina do carboneto de silício. Este arranjo é igual ao do diamante, apesar das diferenças nos raios atômicos entre C e Si.

Todas as ligações são fortemente covalentes e direcionais, ao contrário dos sólidos iônicos e suas interações eletrostáticas.

SiC forma tetraedros moleculares; ou seja, todos os átomos estão ligados a quatro outros. Essas unidades tetraédricas são unidas por ligações covalentes, adotando estruturas cristalinas em camadas.

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

Ou seja, uma camada A é diferente da camada B e esta última de C. Assim, o cristal de SiC consiste no empilhamento de uma sequência de camadas, ocorrendo o fenômeno conhecido como politipismo.

Por exemplo, o politipo cúbico (semelhante ao do diamante) consiste em uma pilha de camadas ABC e, portanto, tem uma estrutura cristalina 3C.

Outras pilhas dessas camadas também geram outras estruturas, entre esses politipos romboédrico e hexagonal. Na verdade, as estruturas cristalinas do SiC acabam sendo uma "desordem cristalina".

A estrutura hexagonal mais simples do SiC, a 2H (imagem superior), é formada a partir do empilhamento das camadas com a sequência ABABA ... A cada duas camadas a sequência se repete, e é daí que vem o número 2 .

Propriedades

Propriedades gerais

Massa molar

40,11 g / mol

Aparência

Isso varia com o método de obtenção e os materiais usados. Podem ser: cristais amarelos, verdes, azuis escuros ou iridescentes.

Densidade

3,16 g / cm3

Ponto de fusão

2830 ° C

Índice de refração

2,55.

Cristais

Existem polimorfismos: cristais hexagonais αSiC e cristais cúbicos βSiC.

Dureza

9 a 10 na escala de Mohs.

Resistência a agentes químicos

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

Propriedades térmicas

- Alta condutividade térmica.

- Resiste a altas temperaturas.

- Alta condutividade térmica.

- Baixo coeficiente de expansão térmica linear, por isso resiste a altas temperaturas com baixa expansão.

- Resistente ao choque térmico.

Propriedades mecânicas

- Alta resistência à compressão.

- Resistente à abrasão e corrosão.

- É um material leve de grande robustez e resistência.

- Mantém sua resistência elástica em altas temperaturas.

Propriedadeselétrico

É um semicondutor que pode cumprir suas funções em altas temperaturas e tensões extremas, com pouca dissipação de sua potência para o campo elétrico.

Formulários

Como um abrasivo

- O carboneto de silício é um semicondutor capaz de suportar altas temperaturas, alta tensão ou gradientes de campo elétrico 8 vezes mais do que o silício. Por este motivo, é útil na construção de diodos, transitores, supressores e dispositivos de micro-ondas de alta energia.

- Com o composto são fabricados diodos emissores de luz (LEDs) e detectores dos primeiros rádios (1907).Atualmente, o carboneto de silício foi substituído na fabricação de lâmpadas LED por nitreto de gálio, que emite uma luz 10 a 100 vezes mais brilhante.

- Em sistemas elétricos, o carboneto de silício é usado como um pára-raios em sistemas de energia elétrica, uma vez que podem regular sua resistência regulando a voltagem através dele.

Na forma de cerâmica estruturada

– Em um processo conhecido como sinterização, as partículas de carboneto de silício - assim como as das companheiras - são aquecidas a uma temperatura inferior à temperatura de fusão dessa mistura. Assim, aumenta a resistência e a resistência do objeto cerâmico, por formar fortes ligações entre as partículas.

- As cerâmicas estruturais de carboneto de silício têm uma vasta gama de aplicações. Eles são usados em freios a disco e embreagens de veículos motorizados, em filtros de partículas de diesel e como aditivo em óleos para reduzir o atrito.

- O uso de cerâmicas estruturais de carboneto de silício se generalizou em peças expostas a altas temperaturas. Por exemplo, é o caso da garganta dos injetores de foguetes e dos rolos dos fornos.

- A combinação de alta condutividade térmica, dureza e estabilidade de alta temperatura torna os componentes dos tubos trocadores de calor fabricados em carboneto de silício.

- A cerâmica estrutural é usada em injetores de jato de areia, vedações de bombas automotivas de água, rolamentos e matrizes de extrusão. É também o material para cadinhos, usado na fundição de metais.

- Faz parte dos elementos de aquecimento utilizados na fundição de vidros e metais não ferrosos, bem como no tratamento térmico de metais.

Outros usos

- Pode ser usado na medição de temperatura de gases. Em uma técnica conhecida como pirometria, um filamento de carboneto de silício é aquecido e emite radiação que se correlaciona com a temperatura na faixa de 800-2500ºK.

- É usado em usinas nucleares para evitar o vazamento de material produzido por fissão.

- Na produção de aço é utilizado como combustível.

Referências

Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Carboneto de silício: O retorno de um velho amigo. Material Matters Volume 4, Artigo 2. Obtido em 05 de maio de 2018, em: sigmaaldrich.com
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