Оксид кремния
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Оксид кремния | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.030.198 |
| Номер ЕС |
|
| 382 | |
| МеШ | Кремний+моноксид |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Это не | |
| Молярная масса | 44.08 g/mol |
| Появление | коричнево-черное стекловидное твердое вещество |
| Плотность | 2,13 г/см 3 |
| Температура плавления | 1702 ° C (3096 ° F; 1975 К) |
| Точка кипения | 1880 ° C (3420 ° F; 2150 К) |
| нерастворимый | |
| Опасности | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Сульфид кремния Селенид кремния Теллурид кремния |
Другие катионы | Окись углерода Оксид германия(II) Оксид олова(II) Оксид свинца(II) |
| Диоксид кремния | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Моноксид кремния — это химическое соединение с формулой SiO, где кремний присутствует в степени окисления +2. В паровой фазе это двухатомная молекула. [1] Его обнаружили в звездных объектах. [2] и был описан как наиболее распространенный оксид кремния во Вселенной. [3]
Твердая форма
[ редактировать ]Когда газ SiO быстро охлаждается, он конденсируется с образованием коричнево-черного полимерного стекловидного материала (SiO) n , который доступен в продаже и используется для осаждения пленок SiO. Стеклообразный (SiO) n чувствителен к воздуху и влаге. [ нужны разъяснения ] [ нужна ссылка ]
Окисление
[ редактировать ]Его поверхность легко окисляется на воздухе при комнатной температуре SiO 2 , образуя поверхностный слой , защищающий материал от дальнейшего окисления . Однако (SiO) n необратимо диспропорционируется на SiO 2 и Si в течение нескольких часов при температуре от 400 до 800 °С и очень быстро при температуре от 1000 до 1440 °С, хотя реакция и не доходит до завершения. [4]
Производство
[ редактировать ]Первое точное сообщение об образовании SiO было сделано в 1887 году. [5] химиком Чарльзом Ф. Мэйбери (1850–1927) в Кейс-школе прикладных наук в Кливленде . Мэйбери утверждал, что SiO образуется в виде аморфного зеленовато-желтого вещества со стеклянным блеском при восстановлении кремнезема древесным углем в отсутствие металлов в электрической печи. [6] Вещество всегда обнаруживалось на границе раздела частиц древесного угля и кремнезема.
Исследовав некоторые химические свойства вещества, его удельный вес и анализ горения, Мэйбери пришел к выводу, что это вещество должно быть SiO. Уравнение, представляющее частичное химическое восстановление SiO 2 C, можно представить как:
- Это не
2 + С ⇌ SiO + CO
Полное восстановление SiO 2 удвоенным количеством углерода дает элементарный кремний и удвоенное количество монооксида углерода. В 1890 году немецкий химик Клеменс Винклер (открыватель германия) первым предпринял попытку синтезировать SiO путем нагревания диоксида кремния с кремнием в печи сжигания. [7]
- Это не
2 + Si ⇌ 2 SiO
Однако Винклер не смог получить монооксид, поскольку температура смеси составляла всего около 1000 °C. Эксперимент повторил в 1905 году Генри Ноэль Поттер (1869–1942), инженер Вестингауза . Используя электрическую печь, Поттер смог достичь температуры 1700 °C и наблюдать образование SiO. [5] Поттер также исследовал свойства и применение твердой формы SiO. [8] [9]
Газообразная форма
[ редактировать ]Из-за летучести SiO кремнезем можно удалить из руд или минералов путем нагревания их с кремнием для получения таким образом газообразного SiO. [1] Однако из-за трудностей, связанных с точным измерением давления пара SiO, а также из-за зависимости от особенностей постановки эксперимента, в литературе приводятся различные значения давления пара SiO (г). Для p -SiO над расплавленным кремнием в кварцевом тигле (SiO 2 ) при температуре плавления кремния одно исследование дало значение 0,002 атм. [10] Сообщалось, что для прямого испарения чистого аморфного твердого кремния SiO требуется 0,001 атм. [11] Для системы покрытия на границе фаз между SiO 2 и силицидом сообщалось 0,01 атм. [12]
Сам кремнезем или огнеупоры, содержащие SiO 2 , можно восстановить с помощью H 2 или CO при высоких температурах, например: [13]
- Это не
2 (с) + Ч
2 (г) ⇌ SiO(г) + H
2 O(g)
По мере того как продукт SiO улетучивается (удаляется), равновесие смещается вправо, что приводит к продолжающемуся потреблению SiO 2 . Судя по зависимости скорости потери массы кремнезема от скорости потока газа, нормального к границе раздела, скорость этого восстановления, по-видимому, контролируется конвективной диффузией или массопереносом с реагирующей поверхности. [14] [15]
Газообразная (молекулярная) форма
[ редактировать ]Молекулы монооксида кремния заключены в матрицу аргона, охлаждаемую гелием. В этих условиях длина связи SiO составляет от 148,9 мкм. [3] и 151 час. [16] Эта длина связи аналогична длине двойных связей Si=O (148 пм) в матрично-изолированной линейной молекуле SiO.
2 (O=Si=O), что указывает на отсутствие тройной связи, как в монооксиде углерода . [3] Однако тройная связь SiO имеет расчетную длину связи 150 пм и энергию связи 794 кДж/моль, что также очень близко к данным для SiO. [16] В углеродных аналогах формальные двойные связи диоксида углерода (116 пм) также близки к длине тройной связи моноксида углерода (112,8 пм); в свете этого наблюдаемая длина связи SiO может соответствовать, по крайней мере, некоторому характеру тройной связи в двухатомной молекуле. Структура двойной связи SiO, в частности, является исключением из правила октетов Льюиса для молекул, состоящих из легких элементов основной группы, тогда как тройная связь SiO удовлетворяет этому правилу. Несмотря на эту аномалию, наблюдение о том, что мономерный SiO недолговечен и что (SiO) 'n' олигомеры с 'n' = 2,3,4,5 известны, [17] все они имеют замкнутые кольцевые структуры, в которых атомы кремния соединены мостиковыми атомами кислорода (т. е. каждый атом кислорода одинарно связан с двумя атомами кремния; связи Si-Si отсутствуют), что предполагает структуру двойной связи Si = O с гиповалентным атомом кремния. , вероятно, для мономера. [3]
Конденсация молекулярного SiO в матрице аргона вместе с фтором , хлором или карбонилсульфидом (COS) с последующим облучением светом дает плоские молекулы OSiF.
2 (с расстоянием Si-O 148 пм) и OSiCl
2 (Si-O 149 пм) и линейная молекула OSiS (Si-O 149 пм, Si-S 190 пм). [3]
Молекулярный SiO, изолированный в матрице, реагирует с атомами кислорода, генерируемыми микроволновым разрядом, с образованием молекулярного SiO.
2, который имеет линейную структуру.
Когда атомы металлов (таких как Na , Al , Pd , Ag и Au ) осаждаются совместно с SiO, образуются трехатомные молекулы с линейными (AlSiO и PdSiO), нелинейными (AgSiO и AuSiO) и кольцевыми (NaSiO) структуры. [3]
Твердая (полимерная) форма
[ редактировать ]Поттер сообщил, что твердое вещество SiO имеет желтовато-коричневый цвет и является электрическим и теплоизолятором. Твердое вещество горит в кислороде и разлагает воду с выделением водорода. Растворяется в теплых гидроксидах щелочных металлов и плавиковой кислоте. Хотя Поттер сообщил, что теплота сгорания SiO на 200–800 калорий выше, чем у равновесной смеси Si и SiO 2 (что, возможно, можно использовать в качестве доказательства того, что SiO является уникальным химическим соединением), [18] В некоторых исследованиях коммерчески доступные твердые материалы монооксида кремния характеризуются как неоднородная смесь аморфного SiO 2 и аморфного Si с некоторой химической связью на границе раздела фаз Si и SiO 2 . [19] [20] Недавние спектроскопические исследования в корреляции с отчетом Поттера позволяют предположить, что коммерчески доступные твердые материалы монооксида кремния не могут рассматриваться как неоднородная смесь аморфного SiO 2 и аморфного Si . [21]
Межзвездное явление
[ редактировать ]О межзвездном SiO впервые сообщалось в 1971 году после его обнаружения в гигантском молекулярном облаке Sgr B2 . [22] SiO используется в качестве молекулярного индикатора ударного газа в протозвездных потоках. [23]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Гибб, AG; Дэвис, CJ; Мур, TJT, Обзор эмиссии SiO 5 → 4 в направлении истечения из массивных молодых звездных объектов. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , 382, 3, 1213–1224. doi : 10.1111/j.1365-2966.2007.12455.x , arXiv : 0709.3088v1 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Питер Юци и Ульрих Шуберт (2003) Химия кремния: от атома к расширенным системам . Вайли-ВЧ ISBN 3-527-30647-1 .
- ^ ХЕРТЛ, В.; ПУЛЬЦ, WW (1967). «Диспропорционирование и испарение твердого монооксида кремния». Журнал Американского керамического общества . 50 (7). Уайли: 378–381. дои : 10.1111/j.1151-2916.1967.tb15135.x . ISSN 0002-7820 .
- ^ Jump up to: а б Дж. В. Меллор «Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии», том VI, Longmans, Green and Co. (1947), с. 235.
- ^ CF Maybery Amer. хим. Путешествие. 9, 11 (1887).
- ^ К. Винклер Бер . 23, (1890) с. 2652.
- ^ Патент США 182082, 26 июля 1905 г.
- ^ EF Roeber HC Parmelee (ред.) Электрохимическая и металлургическая промышленность, Vol. 5 (1907) с. 442.
- ^ «Справочник по полупроводниково-кремниевой технологии», WC O'Mara, RB Herring, LP Hunt, Noyes Publications (1990), стр. 148
- ^ Нут III, Джозеф А.; Фергюсон, Фрэнк Т. (2006). «Силикаты зарождаются в богатых кислородом околозвездных потоках: новые данные о давлении пара для SiO» . Астрофизический журнал . 649 (2). Американское астрономическое общество: 1178–1183. Бибкод : 2006ApJ...649.1178N . дои : 10.1086/506264 . ISSN 0004-637X . S2CID 123656840 .
- ^ «Высокотемпературные устойчивые к окислению покрытия», Национальная академия наук / Национальная инженерная академия (1970), стр. 40
- ^ Чарльз А. (2004) Справочник по огнеупорам Шахта. ЦРК Пресс, ISBN 0-8247-5654-1 .
- ^ Хан, Гилсу; Сон, Хун Ён (2005). «Кинетика водородного восстановления кремнезема с учетом влияния изменения объема газа на реакцию». Журнал Американского керамического общества . 88 (4). Уайли: 882–888. дои : 10.1111/j.1551-2916.2005.00144.x . ISSN 0002-7820 .
- ^ Гарднер, Ричард А. (1974). «Кинетика восстановления кремнезема водородом». Журнал химии твердого тела . 9 (4). Эльзевир Б.В.: 336–344. Бибкод : 1974ЮССЧ...9..336Г . дои : 10.1016/0022-4596(74)90092-9 . ISSN 0022-4596 .
- ^ Jump up to: а б Неорганическая химия, Холлеман-Виберг, Academic Press (2001), с. 858.
- ^ Кристи, Робин С.М.; Джанбази, Хосейн; Драйер, Томас; Виггерс, Хартмут; Влокас, Ириней; Шульц, Кристоф (01 января 2019 г.). «Сравнительное исследование синтеза наночастиц SiO2 в пламени из ТМС и HMDSO: измерение концентрации SiO-LIF и детальное моделирование». Труды Института горения . 37 (1): 1221–1229. дои : 10.1016/j.proci.2018.07.024 . ISSN 1540-7489 . S2CID 139291303 .
- ^ Дж. В. Меллор «Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии», Том VI, Longmans, Green and Co. (1947), с. 234.
- ^ Фриде Б., Янсен М. (1996) Некоторые комментарии о так называемом монооксиде кремния. Журнал некристаллических твердых тел, 204, 2, 202-203. два : 10.1016/S0022-3093(96)00555-8 .
- ^ Шульмейстер К. и Мадер В. (2003) Исследование структуры аморфного моноксида кремния с помощью ПЭМ. Журнал некристаллических твердых тел, 320, 1–3, 143–150. два : 10.1016/S0022-3093(03)00029-2 .
- ^ Гундуз, Д.К., Танкут, А., Седани, С., Караман, М. и Туран, Р. (2015) Механизм кристаллизации и фазового разделения тонких пленок оксида кремния, изготовленных посредством электронного испарения моноксида кремния. Физ. Статус Solidi C, 12: 1229–1235. два : 10.1002/pssc.201510114 .
- ^ Уилсон, RW; Пензиас, А.А.; Джеффертс, КБ; Катнер, М.; Таддеус, П. (1971). «Открытие межзвездного монооксида кремния» . Астрофизический журнал . 167 : Л97. Бибкод : 1971ApJ...167L..97W . дои : 10.1086/180769 . ISSN 0004-637X .
- ^ Мартин-Пинтадо, Дж.; Бачиллер, Р.; Фуэнте, А. (1 февраля 1992 г.). «Эмиссия SIO как индикатор ударного газа в молекулярных потоках» . Астрономия и астрофизика . 254 : 315. Бибкод : 1992A&A...254..315M . ISSN 0004-6361 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|