Окись кремния
Окись кремния
Имена
Предпочтительное название ИЮПАК
Окись кремния
Идентификаторы
  • 10097-28-6 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:30588 проверятьИ
ChemSpider
  • 59626 проверятьИ
Информационная карта ECHA100.030.198
Номер ЕС
  • 233-232-8
382
МеШКремний+монооксид
CID PubChem
  • 66241
УНИИ
  • 1OQN9CBG7L проверятьИ
  • DTXSID7064940
  • InChI=1S/H3OSi/c1-2/h2H3 ☒Н
    Ключ: UXMAWJKSGBRJKV-UHFFFAOYSA-N ☒Н
  • InChI=1/OSi/c1-2
    Ключ: LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYAO
  • InChI=1S/OSi/c1-2
    Ключ: LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N
  • [О+]#[Си-]
Характеристики
SiO
Молярная масса44,08 г/моль
Появлениекоричнево-черное стекловидное твердое вещество
Плотность2,13 г/см 3
Температура плавления1702 °C (3096 °F; 1975 K)
Точка кипения1880 °C (3420 °F; 2150 K)
нерастворимый
Опасности
NFPA 704 (огненный алмаз)
Четырехцветный бриллиант NFPA 704Health 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
1
0
0
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Другие анионы
Сульфид кремния
Селенид кремния
Теллурид кремния
Другие катионы
Оксид углерода Оксид
германия (II) Оксид
олова (II) Оксид
свинца (II)
Родственные оксиды кремния
диоксид кремния
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Монооксид кремния — это химическое соединение с формулой SiO, где кремний присутствует в степени окисления +2. В паровой фазе это двухатомная молекула. ​​[1] Он был обнаружен в звездных объектах [2] и был описан как наиболее распространенный оксид кремния во Вселенной. [3]

Твердая форма

При быстром охлаждении газ SiO конденсируется, образуя коричнево-черный полимерный стекловидный материал (SiO) n , который доступен в продаже и используется для нанесения пленок SiO. Стекловидный (SiO) n чувствителен к воздуху и влаге. [ требуется пояснение ] [ требуется цитата ]

Окисление

Его поверхность легко окисляется на воздухе при комнатной температуре , образуя поверхностный слой SiO 2 , который защищает материал от дальнейшего окисления . Однако (SiO) n необратимо диспропорционирует на SiO 2 и Si в течение нескольких часов между 400 °C и 800 °C и очень быстро между 1000 °C и 1440 °C, хотя реакция не доходит до конца. [4]

Производство

Первое точное сообщение об образовании SiO было сделано в 1887 году [5] химиком Чарльзом Ф. Мейбери (1850–1927) в Школе прикладных наук Кейса в Кливленде . Мейбери утверждал, что SiO образуется как аморфное зеленовато-желтое вещество со стекловидным блеском, когда кремний восстанавливается древесным углем в отсутствие металлов в электрической печи. [6] Вещество всегда обнаруживается на границе между частицами древесного угля и кремния.

Исследуя некоторые химические свойства вещества, его удельный вес и анализ сгорания, Мейбери пришел к выводу, что это вещество должно быть SiO. Уравнение, представляющее частичное химическое восстановление SiO 2 с помощью C, можно представить как:

SiO
2+ С ⇌ SiO + CO

Полное восстановление SiO 2 с удвоенным количеством углерода дает элементарный кремний и удвоенное количество оксида углерода. В 1890 году немецкий химик Клеменс Винклер (открыватель германия) был первым, кто попытался синтезировать SiO путем нагревания диоксида кремния с кремнием в печи сжигания. [7]

SiO
2+ Si ⇌ 2 SiO

Однако Винклер не смог получить монооксид, поскольку температура смеси была всего около 1000 °C. Эксперимент был повторен в 1905 году Генри Ноэлем Поттером (1869–1942), инженером Westinghouse . 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

Из-за летучести SiO кремний может быть удален из руд или минералов путем нагревания их с кремнием для получения газообразного SiO таким образом. [1] Однако из-за трудностей, связанных с точным измерением давления его паров, и из-за зависимости от специфики экспериментального дизайна, в литературе сообщалось о различных значениях давления паров SiO (г). Для p SiO над расплавленным кремнием в кварцевом (SiO 2 ) тигле при температуре плавления кремния одно исследование дало значение 0,002 атм. [10] Для прямого испарения чистого аморфного твердого SiO сообщалось о 0,001 атм. [11] Для системы покрытия на границе фаз между SiO 2 и силицидом сообщалось о 0,01 атм. [12]

Сам кремнезем или огнеупоры, содержащие SiO 2 , можно восстановить с помощью H 2 или CO при высоких температурах, например: [13]

SiO
2(с) + Н
2(г) ⇌ SiO(г) + H
2О(г)

По мере того, как продукт SiO улетучивается (удаляется), равновесие смещается вправо, что приводит к постоянному потреблению SiO 2 . Исходя из зависимости скорости потери веса кремнезема от скорости потока газа, нормального к границе раздела, скорость этого восстановления, по-видимому, контролируется конвективной диффузией или массопереносом от реагирующей поверхности. [14] [15]

Газообразная (молекулярная) форма

Молекулы оксида кремния были захвачены в аргоновой матрице, охлажденной гелием. В этих условиях длина связи SiO составляет от 148,9 пм [3] до 151 пм [16] . Эта длина связи близка к длине двойных связей Si=O (148 пм) в изолированной матрицей линейной молекуле SiO
2(O=Si=O), что предполагает отсутствие тройной связи, как в оксиде углерода . [3] Однако тройная связь SiO имеет расчетную длину связи 150 пм и энергию связи 794 кДж/моль, которые также очень близки к значениям, полученным для SiO. [16] В углеродных аналогах формальные двойные связи диоксида углерода (116 пм) также близки к длине тройной связи оксида 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 октета Льюиса для молекул, состоящих из легких элементов основной группы, тогда как тройная связь SiO удовлетворяет этому правилу. Несмотря на эту аномалию, наблюдение, что мономерный SiO является короткоживущим и что известны олигомеры (SiO) 'n' с 'n' = 2,3,4,5 [17] , все из которых имеют замкнутые кольцевые структуры, в которых атомы кремния соединены через мостиковые атомы кислорода (т.е. каждый атом кислорода одинарно связан с двумя атомами кремния; связи Si-Si отсутствуют), предполагает, что структура с двойной связью Si=O с гиповалентным атомом кремния вероятна для мономера. [3]

Конденсация молекулярного SiO в матрице аргона вместе с фтором , хлором или карбонилсульфидом (COS) с последующим облучением светом приводит к образованию плоских молекул 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 матрицей, реагирует с атомами кислорода, генерируемыми микроволновым разрядом, образуя молекулярный SiO.
2имеющий линейную структуру.

Когда атомы металлов (таких как Na , Al , Pd , Ag и Au ) совместно осаждаются с SiO, образуются трехатомные молекулы с линейной (AlSiO и PdSiO), нелинейной (AgSiO и AuSiO) и кольцевой (NaSiO) структурой. [3]

Твердая (полимерная) форма

Поттер описал SiO как твердое вещество желтовато-коричневого цвета, являющееся электрическим и тепловым изолятором. Твердое вещество горит в кислороде и разлагает воду с выделением водорода. Оно растворяется в теплых щелочных гидроксидах и плавиковой кислоте. Хотя Поттер и 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] некоторые исследования характеризуют коммерчески доступные твердые материалы оксида кремния как неоднородную смесь аморфного SiO 2 и аморфного Si с некоторой химической связью на границе фаз Si и SiO 2 . [19] [20] Недавние спектроскопические исследования в корреляции с отчетом Поттера предполагают, что коммерчески доступные твердые материалы оксида кремния не могут рассматриваться как неоднородная смесь аморфного SiO 2 и аморфного Si . [21]

Межзвездное явление

Впервые межзвездный SiO был обнаружен в 1971 году в гигантском молекулярном облаке Sgr B2 . [22] SiO используется в качестве молекулярного индикатора ударно-волнового газа в протозвездных потоках. [23]

Ссылки

  1. ^ ab Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ред.), Inorganic Chemistry , перевод Eagleson, Mary; Brewer, William, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
  2. ^ Гибб, АГ; Дэвис, К.Дж.; Мур, Т.Дж.Т., Обзор эмиссии SiO 5 → 4 в направлении оттоков 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.
  3. ^ abcdef Питер Ютци и Ульрих Шуберт (2003) Химия кремния: от атома до расширенных систем . Wiley-VCH ISBN 3-527-30647-1 . 
  4. ^ HERTL, W.; PULTZ, WW (1967). «Диспропорционирование и испарение твердого монооксида кремния». Журнал Американского керамического общества . 50 (7). Wiley: 378– 381. doi :10.1111/j.1151-2916.1967.tb15135.x. ISSN  0002-7820.
  5. ^ ab JW Mellor «Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии» том VI, Longmans, Green and Co. (1947) стр. 235.
  6. ^ CF Maybery Американский химический журнал 9, 11, (1887).
  7. ^ К. Винклер Бер . 23, (1890) стр. 2652.
  8. ↑ Патент США 182,082, 26 июля 1905 г.
  9. ^ EF Roeber HC Parmelee (ред.) Электрохимическая и металлургическая промышленность, т. 5 (1907) стр. 442.
  10. ^ «Справочник по технологии полупроводникового кремния», WC O'Mara, RB Herring, LP Hunt, Noyes Publications (1990), стр. 148
  11. ^ 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. Bibcode : 2006ApJ...649.1178N. doi : 10.1086/506264 . ISSN  0004-637X. S2CID  123656840.
  12. ^ "Высокотемпературные стойкие к окислению покрытия", Национальная академия наук/Национальная инженерная академия (1970), стр. 40
  13. ^ Чарльз А. (2004) Справочник по огнеупорам Шахта. CRC Press, ISBN 0-8247-5654-1 . 
  14. ^ Хан, Гилсу; Сон, Хонг Йонг (2005). «Кинетика восстановления кремния водородом с учетом эффекта изменения объема газа при реакции». Журнал Американского керамического общества . 88 (4). Wiley: 882– 888. doi :10.1111/j.1551-2916.2005.00144.x. ISSN  0002-7820.
  15. ^ Гарднер, Ричард А. (1974). «Кинетика восстановления кремния водородом». Журнал химии твердого тела . 9 (4). Elsevier BV: 336– 344. Bibcode : 1974JSSCh...9..336G. doi : 10.1016/0022-4596(74)90092-9. ISSN  0022-4596.
  16. ^ ab Неорганическая химия, Holleman-Wiberg, Academic Press (2001) стр. 858.
  17. ^ Chrystie, Robin SM; Janbazi, Hossein; Dreier, Thomas; Wiggers, Hartmut; Wlokas, Irenäus; Schulz, Christof (2019-01-01). "Сравнительное исследование синтеза наночастиц SiO2 в пламени из TMS и HMDSO: измерение концентрации SiO-LIF и детальное моделирование". Труды Института горения . 37 (1): 1221– 1229. doi :10.1016/j.proci.2018.07.024. ISSN  1540-7489. S2CID  139291303.
  18. ^ Дж. В. Меллор «Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии» Том VI, Longmans, Green and Co. (1947) стр. 234.
  19. ^ Фриде Б., Янсен М. (1996) Некоторые комментарии о так называемом монооксиде кремния. Журнал некристаллических твердых тел, 204, 2, 202-203. doi :10.1016/S0022-3093(96)00555-8.
  20. ^ Шульмейстер К. и Мадер В. (2003) Исследование структуры аморфного монооксида кремния с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Журнал некристаллических твердых тел, 320, 1-3, 143-150. doi :10.1016/S0022-3093(03)00029-2.
  21. ^ Gunduz, DC, Tankut, A., Sedani, S., Karaman, M. и Turan, R. (2015) Механизм кристаллизации и разделения фаз тонких пленок оксида кремния, изготовленных с помощью электронно-лучевого испарения оксида кремния. Phys. Status Solidi C, 12: 1229–1235. doi :10.1002/pssc.201510114.
  22. ^ Wilson, RW; Penzias, AA; Jefferts, KB; Kutner, M.; Thaddeus, P. (1971). «Открытие межзвездного оксида кремния». The Astrophysical Journal . 167 : L97. Bibcode : 1971ApJ...167L..97W. doi : 10.1086/180769 . ISSN  0004-637X.
  23. ^ Мартин-Пинтадо, Дж.; Бачиллер, Р.; Фуэнте, А. (1992-02-01). "Излучение SIO как трассер ударно-волнового газа в молекулярных потоках". Астрономия и астрофизика . 254 : 315. Bibcode : 1992A&A...254..315M. ISSN  0004-6361.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Окись_кремния&oldid=1194140168"