Ansichten: 222 Autor: Lake Publish Time: 2025-04-23 Herkunft: Website
Inhaltsmenü
● Einführung in Siliziumkarbid
● Atom- und Kristallstruktur von Siliziumkarbid
● Chemische Bindung im Siliziumkarbid
● Ist Siliziumcarbid ionisch oder molekular?
>> Keine molekulare Verbindung
>> Keine vollständig ionische Verbindung
>> Siliziumkarbid als kovalentes Netzwerk solide
● Kovalenter Charakter und teilweise Ionizität
● Physikalische Eigenschaften im Zusammenhang mit der Bindung
● Vergleich mit anderen Arten von Feststoffen
● Anwendungen, die durch SIC -Bindung beeinflusst werden
● FAQ
>> 1. Ist Siliziumkarbid eine ionische Verbindung?
>> 2. Ist Siliziumkarbid ein molekularer Feststoff?
>> 3. Welche Art von Bindung ist im Siliziumkarbid vorhanden?
>> 4. Wie wirkt sich der Bonding -Typ auf die Eigenschaften des Siliziumkarbids aus?
>> 5. Wie vergleicht Siliziumkarbid mit Diamond in der Bindung?
● Zitate:
Siliziumcarbid (SIC) ist ein faszinierendes Material, das in Branchen wie Elektronik, Schleifmittel, Automobiler und Luft- und Raumfahrt aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte, thermischen Stabilität und Halbleitereigenschaften weit verbreitet ist. Eine grundlegende Frage stellt sich oft beim Studium der Natur von SIC: Ist Siliziumcarbid -Ionik oder Molekular? Dieser Artikel enthält eine eingehende Analyse der Bindungspunkte von Siliziumcarbid , die Atomstruktur, chemische Bindung, physikalische Eigenschaften und wie diese mit ihrer Klassifizierung als ionisch, molekular oder kovalent zusammenhängen. Dieser umfassende Artikel wird durch detaillierte Erklärungen, Diagramme, Bilder und Videos unterstützt und zielt darauf ab, die Bindungsmerkmale von SIC und ihre Auswirkungen auf die Materialwissenschaft zu klären.
Siliziumcarbid (SIC), auch als Carborundum bekannt, ist eine Verbindung, die aus Silizium- und Kohlenstoffatomen (C) gebildet wird. Es tritt natürlich als seltener Mineral -Moissanit auf, wird jedoch überwiegend synthetisch für den industriellen Gebrauch hergestellt. SIC wird für seine extreme Härte, seinen hohen Schmelzpunkt (ca. 2730 ° C), ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit und Halbleitereigenschaften geschätzt.
SIC wurde historisch als Schleifmittel eingesetzt und ist heute ein wichtiges Material für Hochleistungselektronik, LED-Technologie und fortschrittliche Keramik.
Siliziumkarbid kristallisiert in mehreren Polytypen, wobei das häufigste ist:
Polytyp | -Kristallstruktur | Beschreibung |
---|---|---|
3c (β-sic) | Kubisch (Zinkmischung) | Stabil bei niedrigeren Temperaturen |
4h-sic | Hexagonal | Hohe Elektronenmobilität |
6h-sic | Hexagonal | Häufig in kommerziellen Wafern |
In diesen Strukturen wird jedes Siliziumatom tetraedral auf vier Kohlenstoffatome koordiniert, und jedes Kohlenstoffatom ist ähnlich an vier Siliziumatome gebunden und bildet ein dreidimensionales Netzwerk.
Die Bindung im Siliziumkarbid ist hauptsächlich kovalent, bildet durch das Teilen von Elektronen zwischen Silizium- und Kohlenstoffatomen. Sowohl SI als auch C haben vier Valenzelektronen, die es ihnen ermöglichen, starke kovalente Bindungen in einer tetraedrischen Anordnung zu bilden.
- Silizium (SI) ist ein Metalloid mit einer Elektronegativität von etwa 1,8.
- Kohlenstoff (c) ist ein Nichtmetall mit einer Elektronegativität von etwa 2,5.
Der Elektronegativitätsunterschied zwischen Si und C beträgt ungefähr 0,7, was moderat ist und einen gewissen Grad an Polarität in den Bindungen hindeutet, aber nicht genug ist, um als vollständig ionisch eingestuft zu werden.
Siliziumkarbid ist keine molekulare Verbindung. Molekulare Verbindungen bestehen aus diskreten Molekülen, die durch kovalente Bindungen wie Wasser (H₂O) oder Kohlendioxid (CO₂) zusammengehalten werden. Im Gegensatz dazu bildet SIC einen erweiterten Netzwerk solide, bei dem Atome in einem kontinuierlichen Gitter ohne diskrete Moleküle gebunden sind.
Während Siliziumcarbid aufgrund des Unterschieds in der Elektronegativität zwischen Silizium und Kohlenstoff einen gewissen ionischen Charakter aufweist, handelt es sich nicht um eine vollständig ionische Verbindung wie Natriumchlorid (NaCl). Ionische Verbindungen bestehen aus Ionen, die durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten werden, die normalerweise zwischen Metallen und Nichtmetallen mit großen Elektronegativitätsunterschieden gebildet werden (> 1,7).
Siliziumkarbid wird am besten als kovalenter Netzwerk-Feststoff beschrieben, bei dem Atome durch starke kovalente Bindungen in einem starren dreidimensionalen Gitter verbunden sind. Dieser Bonding -Typ berücksichtigt seine extreme Härte, seinen hohen Schmelzpunkt und seine Halbleitereigenschaften.
Obwohl die Si -C -Bindung im Siliziumcarbid in erster Linie kovalent ist, hat sie einen teilweise ionischen Charakter. Dies ist auf die Elektronegativitätsdifferenz zurückzuführen, die dazu führt, dass eine gewisse Elektronendichte in Richtung Kohlenstoff verlagert wird, wodurch sie leicht negativ (C⁻) und Silizium leicht positiv (si⁺) ist.
Dieser teilweise ionische Charakter trägt zu:
- hohe Bindungsstärke und Stabilität.
- hohe Schmelz-/Sublimationstemperatur (~ 2730 ° C).
- Elektrische Eigenschaften zwischen Metallen und Isolatoren (Halbleiterverhalten).
/ | Beschreibung | Verhältnis zur Bindung |
---|---|---|
Härte | Mohs ~ 9,3–9,5 | Starke kovalente Bindungen |
Schmelzpunkt | ~ 2730 ° C (Sublimation) | Hochbindungs -Dissoziationsenergie |
Wärmeleitfähigkeit | ~ 120–320 w/m · k (variiert je nach Polytyp) | Starke Gittervibrationen |
Elektrische Leitfähigkeit | Halbleiterverhalten | Partielle ionische/kovalente Bindung |
Dichte | ~ 3,21 g/cm3 | Kompaktes tetraedrisches Netzwerk |
Diese Eigenschaften spiegeln das kovalente Netzwerk der SIC mit einem gewissen Einfluss wider.
-Feststoff | -Bindungsstyp | -Beispieleigenschaften | Vergleich | Siliziumkarbidvergleich |
---|---|---|---|---|
Ionic Solid | Ionische Bindungen | NaCl, Mgo | Hoher Schmelzpunkt, spröde | Sic hat einen teilweise ionischen Charakter, aber eine stärkere kovalente Natur |
Molekularer Feststoff | Kovalente Bindungen in Molekülen | H₂o, Co₂ | Niedriger Schmelzpunkt, volatil | Sic ist nicht molekular, keine diskreten Moleküle |
Metallisches Feststoff | Metallische Bindungen | Fe, Cu | Leitfähig, formbar | Sic ist ein Halbleiter, nicht metallisch |
Kovalenter Netzwerk solide | Kovalente Bindungen im erweiterten Gitter | Diamond, sic | Sehr harter, hoher Schmelzpunkt | SIC ist ein klassisches kovalentes Netzwerk solide |
Die kovalente Netzwerkbindung in SIC beeinflusst direkt die Anwendungen:
- Schleifmittel: Extreme Härte aus starken kovalenten Bindungen macht sic ideal zum Schleifen und Schneiden von Werkzeugen.
-Halbleiter: Teilweise ionischer Charakter und breiter Bandlücke ermöglichen Hochtemperatur-Hochspannungselektronik.
- Refraktionen: hoher Schmelzpunkt und chemische Trägheitsträgeranzugsofenofen.
- Rüstung: Härte und Zähigkeit schützen vor ballistischen Auswirkungen.
Siliziumkarbid ist weder rein ionisch noch molekular. Stattdessen wird es am besten als kovalentes Netzwerk solide eingestuft, wobei starke kovalente Bindungen ein starres dreidimensionales Gitter bilden. Die SI -C -Bindungen weisen aufgrund des mittelschweren Elektronegativitätsunterschieds zwischen Silizium und Kohlenstoff einen teilweise ionischen Charakter auf, der zu seiner einzigartigen Kombination aus extremer Härte, hohem Schmelzpunkt und Halbleitereigenschaften beiträgt. Das Verständnis dieser Natur ist wichtig, um zu schätzen, warum SIC in der anspruchsvollen industriellen und elektronischen Anwendungen so gut funktioniert.
Nein, Siliziumkarbid ist keine vollständig ionische Verbindung. Es hat einen partiellen ionischen Charakter, ist aber in erster Linie kovalent.
Nein, Siliziumkarbid ist nicht molekular. Es bildet eher ein kontinuierliches kovalentes Netzwerk als diskrete Moleküle.
Siliziumkarbid weist eine kovalente Bindung mit teilweise ionischem Charakter zwischen Silizium- und Kohlenstoffatomen auf.
Die kovalente Netzwerkbindung verleiht SIC ihre extreme Härte, einen hohen Schmelzpunkt und das Halbleiterverhalten.
Sowohl SIC als auch Diamant sind kovalente Netzwerkfeststoffe mit tetraedrischer Bindung, aber SIC hat aufgrund von Elektronegativitätsunterschieden einen teilweisen ionischen Charakter.
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/silicon_carbide
[2] https://www.vedantu.com/question-ananswer/type-of-solid-silicon-carbide-class-12-chemistry-cbSe-6044bc2467173e1b2f00bd39
[3] https://byjus.com/chemistry/silicon-carbide/
[4] https://www.echemi.com/community/what-is-the-ionic-character-for-silicon-carbide_mjart2204152000_238.html
[5] https://www.doubtnut.com/qna/256663922
[6] https://byjus.com/question-answer/what-type-ofl-solid-is-Silicon-carbide/
[7] https://www.doubtnut.com/qna/571111813
[8] https://chem.libretexts.org/bookshelves/General_chemistry/map:_General_Chemistry_(petrucci_et_al.)/12:_Intermolecular_Forces:_liquids_ands/12.5:_Network_Covalent_Solids_Solids_St.
[9] https://www.pearson.com/channels/general-chemistry/asset/4d65fa03/silicon-carbide-sic-is-a-calvalent-network-solid-soit-with-a --Simar-Simile-that?chapterid=80424f17
[10] https://homework.study.com/explanation/silicon-carbide-sic-is-a-very-hard-substance-with-a-high-melting-point-which-of-these-describes-the-type-of-solid-it-forms-a-network-b-metallic-c-ionic-d-molecular-e-none-of-these.html
[11] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s09555221999000680
[12] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0955221999000680
[13] https://www.preciseceramic.com/blog/main-production-methods-of-silicon-carbide-ceramics.html
[14] https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20080033971/downloads/20080033971.pdf
[15] https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/silicon-carbide
[16] https://pubs.aip.org/aip/apl/article/77/17/2653/112637/chemical-bonding-state-analysis-of-silicon-carbide
[17] https://www.azom.com/article.aspx?articleId=147
[18] https://patents.google.com/patent/us20070221326a1/en
[19] https://www.morganperformancecarbon.com/en-gb/materials/silicon-carbide/reaction-bonded-licon-carbide/
[20] https://en.wikipedia.org/wiki/reaction_bonded_silicon_carbide
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