Carboneto de silício: estrutura química, propriedades e usos

O carboneto de silício é uma ligação covalente sólido constituído por carbono e silício. É muito difícil com um valor de 9,0 a 10 na escala de Mohs e sua fórmula química é SiC, o que pode sugerir que o carbono está ligado ao silício por uma ligação covalente tripla, com uma carga positiva (+ ) no Si e uma carga negativa (-) no carbono ( + Si≡C ).

Na verdade, os links 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.

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Essa descoberta foi feita ao examinar amostras de rochas de uma cratera de meteoro no Devil’s Canyon, EUA. UU. Ele chamou esse mineral de moissanita. Por outro lado, Edward Goodrich Acheson (1894) criou um método para sintetizar carboneto de silício, reagindo areias de alta pureza ou quartzo com coque de petróleo.

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

Estrutura quimica

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

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

SiC forma tetraedro molecular; isto é, todos os átomos estão ligados a outros quatro. Essas unidades tetraédricas são unidas por ligações covalentes, adotando estruturas cristalinas por 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 de B, e a última a C. Assim, o cristal do SiC consiste no empilhamento de uma sequência de camadas, ocorrendo o fenômeno conhecido como politipismo.

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

Outras pilhas dessas camadas também geram outras estruturas, entre esses pólipos romboédricos e hexagonais. De fato, as estruturas cristalinas do SiC acabam sendo um “distúrbio cristalino”.

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A estrutura hexagonal mais simples para SiC, a 2H (imagem superior), é formada como resultado do empilhamento das camadas com a sequência ABABA … Após cada duas camadas, a sequência é repetida e é daí que o número 2 vem .

Propriedades

Propriedades Gerais

Massa molar

40,11 g / mol

Aparência

Varia de acordo 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 ° C.

Índice de refração

2.55

Cristais

Existe polimorfismo: 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.

– Suporta altas temperaturas.

– Alta condutividade térmica.

– Baixo coeficiente de expansão térmica linear, suportando altas temperaturas e baixa expansão.

– Resistente ao choque térmico.

Propriedades mecânicas

– Alta resistência à compressão.

– Resistente à abrasão e corrosão.

– É um material leve, de grande força e resistência.

– Mantém sua resistência elástica a altas temperaturas.

Propriedades elétricas

É um semicondutor que pode cumprir suas funções em altas temperaturas e tensões extremas, com pouca dissipação de sua energia no campo elétrico.

Usos

Como 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 pode suportar. É por isso que é útil na construção de diodos, transistores, supressores e dispositivos de microondas de alta energia.

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– Diodos emissores de luz (LED) e os primeiros detectores de raio (1907) são fabricados com o composto. 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.

– Nos sistemas elétricos, o carboneto de silício é usado como pára-raios nos sistemas de energia elétrica, pois eles podem regular sua resistência regulando a tensão através dele.

Sob a forma de cerâmica estruturada

Em um processo conhecido como sinterização, as partículas de carboneto de silício – bem como as dos acompanhantes – são aquecidas a uma temperatura mais baixa que a temperatura de fusão dessa mistura. Assim, aumenta a força e a resistência do objeto cerâmico, formando fortes ligações entre as partículas.

– As cerâmicas estruturais de carboneto de silício tiveram uma ampla gama de usos. São utilizados em freios a disco e embreagens de veículos a motor, em filtros de partículas presentes no diesel e como aditivos em óleos para reduzir o atrito.

– Os usos da cerâmica estrutural de carboneto de silício se espalharam em peças expostas a altas temperaturas. Por exemplo, este é o caso da garganta de injetores de foguetes e rolos de forno.

– A combinação de alta condutividade térmica, dureza e estabilidade de alta temperatura torna os componentes dos tubos do trocador de calor fabricados com carboneto de silício.

– A cerâmica estrutural é usada em injetores de jateamento de areia, vedações automotivas de bombas de água, rolamentos e matrizes de extrusão. Constitui também o material dos cadinhos, usado na fundição de metais.

– Faz parte dos elementos de aquecimento utilizados na fusão de vidro e metais não ferrosos, bem como no tratamento térmico 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 radiação que se correlaciona com a temperatura na faixa de 800-2500 ºK.

– É usado em usinas nucleares para evitar o vazamento de material de fissão.

– Na produção de aço é usado como combustível.

Referências

  1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Carboneto de silício: o retorno de um velho amigo. Material Matters Volume 4 Artigo 2. Recuperado em 05 de maio de 2018, de: sigmaaldrich.com
  2. John Faithfull (Fevereiro de 2010). Cristais de carborundo. Recuperado em 05 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  3. Charles & Colvard Polipipismo e Moissanita. Recuperado em 05 de maio de 2018, de: moissaniteitalia.com
  4. Materialista (2014). SiC2HstructureA. [Figura]. Recuperado em 05 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  5. Wikipedia (2018). Carboneto de silício Recuperado em 5 de maio de 2018, de: en.wikipedia.org
  6. Navarro SiC. (2018). Carboneto de silício Recuperado em 05 de maio de 2018, de: navarrosic.com
  7. Universidade de Barcelona Carboneto de silício, SiC. Recuperado em 5 de maio de 2018, de: ub.edu
  8. CarboSystem (2018). Carboneto de silício Recuperado em 05 de maio de 2018, de: carbosystem.com

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