Oxid křemičitý - Silicon monoxide
![]() | |
![]() | |
Jména | |
---|---|
Preferovaný název IUPAC Oxid křemičitý | |
Identifikátory | |
3D model (JSmol ) | |
ChEBI | |
ChemSpider | |
Informační karta ECHA | 100.030.198 ![]() |
Číslo ES |
|
382 | |
Pletivo | Křemík + oxid uhelnatý |
PubChem CID | |
UNII | |
Řídicí panel CompTox (EPA) | |
| |
| |
Vlastnosti | |
SiO | |
Molární hmotnost | 44,08 g / mol |
Vzhled | hnědočerná sklovitá pevná látka |
Hustota | 2,13 g / cm3 |
Bod tání | 1702 ° C (3096 ° F; 1975 K) |
Bod varu | 1 880 ° C (3 420 ° F; 2 150 K) |
nerozpustný | |
Nebezpečí | |
NFPA 704 (ohnivý diamant) | |
Bod vzplanutí | Nehořlavé |
Související sloučeniny | |
jiný anionty | Sulfid křemíku Selenid křemíku Tellurid křemíku |
jiný kationty | Kysličník uhelnatý Germanium (II) oxid Oxid cínatý Oxid olovnatý (II) |
Oxid křemičitý | |
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
![]() ![]() ![]() | |
Reference Infoboxu | |
Oxid křemičitý je chemická sloučenina vzorce SiO, kde je křemík přítomen v oxidačním stavu +2. V plynné fázi je to diatomická molekula.[1]. Bylo zjištěno v hvězdných objektech[2] a byl popsán jako nejběžnější oxid křemíku ve vesmíru.[3]
Pevná forma
Když se plyn SiO rychle ochladí, kondenzuje za vzniku hnědočerného polymeru skelný materiál, (SiO)n, který je komerčně dostupný a používá se k ukládání filmů SiO. Sklovitý (SiO)n je citlivý na vzduch a vlhkost.
Oxidace
Jeho povrch snadno oxiduje na vzduchu při pokojové teplotě a dává SiO2 povrchová vrstva chrání materiál před další oxidací. (SiO)n nevratně nepřiměřené do SiO2 a Si během několika hodin mezi 400 a 800 ° C a velmi rychle mezi 1 000 a 1 440 ° C, i když reakce není dokončena.[4]
Tvorba SiO
První přesná zpráva o vzniku SiO byla v roce 1887[5] chemikem Charles F. Maybery (1850–1927) v Case School of Applied Science v Cleveland. Maybery tvrdil, že SiO se vytvořil jako amorfní zelenožlutá látka se sklovitým leskem, když byl oxid křemičitý redukován aktivním uhlím v nepřítomnosti kovů v elektrické peci.[6] Látka se vždy nacházela na rozhraní mezi částicemi uhlí a oxidu křemičitého. Zkoumáním některých chemických vlastností látky, její měrné hmotnosti a analýzou spalování Maybery odvodil, že látkou musí být SiO. Rovnice představující částečnou chemickou redukci SiO2 s C lze reprezentovat jako:
- SiO
2+ C. ⇌ SiO + CO
Úplná redukce SiO2 s dvojnásobným množstvím uhlíku se získá elementární křemík a dvojnásobným množstvím oxidu uhelnatého. V roce 1890 německý chemik Clemens Winkler (objevitel germania) byl první, kdo se pokusil syntetizovat SiO zahříváním oxidu křemičitého křemíkem ve spalovací peci.[7]
- SiO
2+ Si ⇌ 2 SiO
Winkler však nebyl schopen produkovat oxid uhelnatý, protože teplota směsi byla pouze kolem 1000 ° C. Experiment byl opakován v roce 1905 Henry Noel Potter (1869–1942), a Westinghouse inženýr. Pomocí elektrické pece byl Potter schopen dosáhnout teploty 1700 ° C a pozorovat generování SiO.[5] Potter také zkoumal vlastnosti a aplikace pevné formy SiO.[8][9]
Kvůli těkavosti SiO může být oxid křemičitý odstraněn z rud nebo minerálů jejich zahřátím křemíkem za vzniku plynného SiO tímto způsobem.[1] Avšak kvůli obtížím spojeným s přesným měřením jeho tlaku par a kvůli závislosti na specifikách experimentálního návrhu byly v literatuře uvedeny různé hodnoty tlaku par SiO (g). Pro pSiO nad roztaveným křemíkem v křemenu (SiO2) kelímek v bodě tání křemíku, jedna studie přinesla hodnotu 0,002 atm.[10] Pro přímé odpařování čisté amorfní pevné látky SiO bylo hlášeno 0,001 atm.[11] U nátěrového systému na fázové hranici mezi SiO2 a byl zaznamenán silicid, 0,01 atm.[12]
Samotný oxid křemičitý nebo žáruvzdorné materiály obsahující SiO2, lze snížit pomocí H2 nebo CO při vysokých teplotách, např .:[13]
- SiO
2(s) + H
2(g) ⇌ SiO (g) + H
2O (g)
Když se produkt SiO odpařuje (odstraňuje), rovnováha se posune doprava, což má za následek pokračující spotřebu SiO2. Na základě závislosti rychlosti ztráty hmotnosti oxidu křemičitého na průtoku plynu normálním k rozhraní se zdá, že rychlost této redukce je řízena konvekční difúzí nebo přenosem hmoty z reagujícího povrchu.[14][15]
Plynný (molekulární) SiO
Molekuly oxidu křemičitého byly zachyceny v argonové matrici chlazené heliem. Za těchto podmínek je délka vazby SiO mezi 148,9 pm[3] a 151 hodin.[16] Tato délka vazby je podobná délce dvojných vazeb Si = O (148 pm) v lineární molekule izolované od matice SiO
2 (O = Si = O), což svědčí o absenci trojné vazby jako v kysličník uhelnatý.[3] Avšak trojná vazba SiO má vypočtenou délku vazby 150 pm a energii vazby 794 kJ / mol, které jsou také velmi podobné těm, které jsou uvedeny pro SiO.[16] Struktura dvojné vazby SiO je zejména výjimkou z Lewisova oktetové pravidlo pro molekuly složené z prvků hlavní skupiny světla, zatímco trojná vazba SiO splňuje toto pravidlo. Že anomálie nevydrží, pozorování, že monomerní SiO je krátkodobý a že (SiO)'n' oligomery s 'n' = 2,3,4,5 jsou známy[17], všechny s uzavřenými kruhovými strukturami, ve kterých jsou atomy křemíku spojeny prostřednictvím přemosťujících atomů kyslíku (tj. každý atom kyslíku je jednotlivě vázán na dva atomy křemíku; žádné vazby Si-Si), naznačuje strukturu dvojné vazby Si = O s hypovalentním křemíkem atom, je pravděpodobné pro monomer.[3]
Kondenzace molekulárního SiO v argonové matrici společně s fluor, chlór nebo karbonylsulfid (COS), následované ozářením světlem, produkuje rovinné molekuly OSiF
2 (se vzdáleností Si-O 148 pm) a OSiCl
2 (Si-O 149 pm) a lineární molekula OSiS (Si-O 149 hodin, Si-S 190 hodin).[3]
Maticově izolovaný molekulární SiO reaguje s atomy kyslíku generovanými mikrovlnným výbojem za vzniku molekulárního SiO
2 který má lineární strukturu.
Když atomy kovů (např Na, Al, Pd, Ag, a Au ) jsou společně deponovány s SiO, triatomové molekuly jsou produkovány s lineárními (AlSiO a PdSiO), nelineárními (AgSiO a AuSiO) a kruhovými (NaSiO) strukturami.[3]
Pevný (polymerní) SiO
Potter označil pevnou látku SiO jako žlutohnědou barvu a jako elektrický a tepelný izolátor. Pevná látka hoří v kyslíku a za uvolňování vodíku rozkládá vodu. Rozpouští se v teplých hydroxidech alkalických kovů a v kyselině fluorovodíkové. Přestože Potter hlásil, že spalovací teplo SiO je o 200 až 800 kalorií vyšší než u rovnovážné směsi Si a SiO2 (který by mohl být pravděpodobně použit jako důkaz, že SiO je jedinečná chemická sloučenina),[18] některé studie charakterizovaly komerčně dostupné pevné materiály kysličníku křemičitého jako nehomogenní směs amorfních látek SiO2 a amorfní Si s určitou chemickou vazbou na rozhraní Si a SiO2 fáze.[19][20] Nedávné spektroskopické studie v korelaci s Potterovou zprávou naznačují, že komerčně dostupné pevné materiály oxidu křemičitého nelze považovat za nehomogenní směs amorfních látek SiO2 a amorfní Si.[21]
Reference
- ^ A b Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ed.), Anorganická chemie, přeloženo Eaglesonem, Mary; Brewer, William, San Diego / Berlin: Academic Press / De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Gibb, A.G .; Davis, C.J .; Moore, T.J.T., Průzkum emise SiO 5 → 4 směrem k odtokům z masivních mladých hvězdných objektů. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti, 382, 3, 1213-1224. doi:10.1111 / j.1365-2966.2007.12455.x, arXiv:0709.3088v1.
- ^ A b C d E F Peter Jutzi a Ulrich Schubert (2003) Chemie křemíku: od atomu k rozšířeným systémům. Wiley-VCH ISBN 3-527-30647-1.
- ^ W. Hertl a W. W. Pultz, J. Am. Keramický soc. Sv. 50, 7. vydání, (1967), str. 378-381.
- ^ A b J. W. Mellor „Komplexní pojednání o anorganické a teoretické chemii“, svazek VI, Longmans, Green and Co. (1947), str. 235.
- ^ C. F. Maybery Amer. Chem. Journ. 9, 11, (1887).
- ^ C. Winkler Ber. 23, (1890), str. 2652.
- ^ Americký patent 182 082, 26. července 1905.
- ^ E. F. Roeber H. C. Parmelee (ed.) Elektrochemický a metalurgický průmysl, sv. 5 (1907) str. 442.
- ^ „Handbook of Semiconductor Silicon Technology,“ W. C. O'Mara, R. B. Herring, L. P. Hunt, Noyes Publications (1990), s. 1. 148
- ^ J. A. Nuth III, F. T. Ferguson, The Astrophysical Journal, 649, 1178-1183 (2006)
- ^ „High-Temperature Oxidation-Resistant Coatings,“ National Academy of Sciences / National Academy of Engineering (1970), str. 40
- ^ Charles A. (2004) Schacht Refractories handbook. CRC Press, ISBN 0-8247-5654-1.
- ^ G. Han; H. Y. Sohn J. Am. Ceram. Soc. 88 [4] 882-888 (2005)
- ^ R. A. Gardner J. Solid State Chem. 9, 336-344 (1974)
- ^ A b Anorganic Chemistry, Holleman-Wiberg, Academic Press (2001), str. 858.
- ^ Chrystie, Robin S. M .; Janbazi, Hossein; Dreier, Thomas; Wiggers, Hartmut; Wlokas, Irenäus; Schulz, Christof (01.01.2019). „Srovnávací studie syntézy nanočástic na bázi plamene SiO2 z TMS a HMDSO: Měření koncentrace SiO-LIF a podrobná simulace“. Sborník spalovacího ústavu. 37 (1): 1221–1229. doi:10.1016 / j.proci.2018.07.024. ISSN 1540-7489.
- ^ J. W. Mellor „Komplexní pojednání o anorganické a teoretické chemii“, svazek VI, Longmans, Green and Co. (1947), str. 234.
- ^ Friede B., Jansen M. (1996) Některé komentáře k takzvanému oxidu křemičitému. Journal of Non-Crystalline Solids, 204, 2, 202-203. doi:10.1016 / S0022-3093 (96) 00555-8.
- ^ Schulmeister K. a Mader W. (2003) TEM výzkum struktury amorfního oxidu křemičitého. Journal of Non-Crystalline Solids, 320, 1-3, 143-150. doi:10.1016 / S0022-3093 (03) 00029-2.
- ^ Gunduz, D. C., Tankut, A., Sedani, S., Karaman, M. a Turan, R. (2015) Krystalizace a mechanismus fázové separace tenkých vrstev oxidu křemičitého vyrobených odpařováním e-paprsku oxidu křemičitého. Phys. Stav Solidi C, 12: 1229–1235. doi:10.1002 / pssc.201510114.