SILIKON KARBIDA: STRUKTUR KIMIA, SIFAT DAN KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The silikon karbida adalah kovalen yang solid yang terdiri dari karbon dan silikon. Ini sangat keras dengan nilai 9,0 sampai 10 pada skala Mohs, dan rumus kimianya adalah SiC, yang mungkin menunjukkan bahwa karbon terikat pada silikon dengan ikatan rangkap tiga kovalen, dengan muatan positif (+ ) pada Si dan muatan negatif (-) pada karbon ( ⁺ Si≡C ^- ).

Sebenarnya ikatan dalam senyawa ini sangat berbeda. Ini ditemukan pada tahun 1824 oleh ahli kimia Swedia Jön Jacob Berzelius, ketika mencoba untuk mensintesis berlian. Pada tahun 1893, ilmuwan Prancis Henry Moissani menemukan mineral yang komposisinya mengandung silikon karbida.

Penemuan ini dilakukan saat memeriksa sampel batuan dari kawah meteorit di Devil's Canyon, AS. Ia menamai mineral ini moissanite. Di sisi lain, Edward Goodrich Acheson (1894) menciptakan metode untuk mensintesis silikon karbida, mereaksikan pasir atau kuarsa dengan kemurnian tinggi dengan kokas minyak bumi.

Goodrich menyebut produk yang diperoleh carborundum (atau carborundium) dan mendirikan perusahaan yang memproduksi abrasive.

Struktur kimia

Gambar atas mengilustrasikan struktur kubik dan kristal silikon karbida. Susunan ini sama dengan berlian, meskipun terdapat perbedaan jari-jari atom antara C dan Si.

Semua ikatan sangat kovalen dan terarah, tidak seperti padatan ionik dan interaksi elektrostatisnya.

SiC membentuk tetrahedra molekuler; artinya, semua atom terhubung dengan empat atom lainnya. Unit tetrahedral ini bergabung bersama oleh ikatan kovalen, mengadopsi struktur kristal berlapis.

Selain itu, lapisan-lapisan ini memiliki susunan kristalnya sendiri, yang terdiri dari tiga jenis: A, B dan C.

Yaitu, lapisan A berbeda dari lapisan B, dan yang terakhir dari C. Dengan demikian, kristal SiC terdiri dari penumpukan urutan lapisan, fenomena yang dikenal sebagai polytypism terjadi.

Misalnya, politipe kubik (mirip dengan berlian) terdiri dari tumpukan lapisan ABC dan oleh karena itu memiliki struktur kristal 3C.

Tumpukan lain dari lapisan ini juga menghasilkan struktur lain, antara polytypes rhombohedral dan hexagonal. Faktanya, struktur kristal SiC akhirnya menjadi "kelainan kristal".

Struktur heksagonal paling sederhana untuk SiC, 2H (gambar atas), dibentuk sebagai hasil dari penumpukan lapisan dengan urutan ABABA … Setelah setiap dua lapisan urutan berulang, dan dari situlah nomor 2 berasal .

Properti

Properti Umum

Masa molar

40,11 g / mol

Penampilan

Ini bervariasi dengan metode perolehan dan bahan yang digunakan. Bisa berupa: kristal kuning, hijau, biru kehitaman atau warna-warni.

Massa jenis

3,16 g / cm3

Titik lebur

2830 ° C.

Indeks bias

2.55.

Kristal

Ada polimorfisme: kristal heksagonal αSiC dan kristal kubik βSiC.

Kekerasan

9 sampai 10 pada skala Mohs.

Ketahanan terhadap agen kimia

Ini tahan terhadap aksi asam dan alkali kuat. Juga, silikon karbida bersifat inert secara kimiawi .

Sifat termal

- Konduktivitas termal yang tinggi.

- Tahan suhu tinggi.

- Konduktivitas termal yang tinggi.

- Koefisien ekspansi termal linier rendah, sehingga mendukung suhu tinggi dengan ekspansi rendah.

- Tahan terhadap kejutan termal.

Peralatan mekanis

- Resistensi tinggi terhadap kompresi.

- Tahan terhadap abrasi dan korosi.

- Ini adalah bahan ringan dengan kekuatan dan ketahanan yang besar.

- Menjaga ketahanan elastisnya pada suhu tinggi.

Properti

Ini adalah semikonduktor yang dapat memenuhi fungsinya pada suhu tinggi dan tegangan ekstrim, dengan sedikit disipasi dayanya ke medan listrik.

Aplikasi

Sebagai bahan abrasif

- Silikon karbida adalah semikonduktor yang mampu menahan suhu tinggi, tegangan tinggi, atau gradien medan listrik 8 kali lebih banyak daripada silikon. Untuk alasan ini, ini berguna dalam konstruksi dioda, transitor, penekan, dan perangkat gelombang mikro berenergi tinggi.

- Dengan senyawa, dioda pemancar cahaya (LED) dan detektor radio pertama (1907) diproduksi. Saat ini, silikon karbida telah diganti dalam pembuatan bohlam LED dengan galium nitrida yang memancarkan cahaya 10 hingga 100 kali lebih terang.

- Dalam sistem kelistrikan, silikon karbida digunakan sebagai penangkal petir dalam sistem tenaga listrik, karena mereka dapat mengatur hambatannya dengan mengatur tegangan yang melewatinya.

Berupa keramik berstruktur

- Dalam proses yang dikenal sebagai sintering, partikel silikon karbida -serta partikel-partikel pengiringnya- dipanaskan hingga suhu yang lebih rendah dari suhu leleh campuran ini. Dengan demikian, ini meningkatkan ketahanan dan kekuatan benda keramik, dengan membentuk ikatan kuat antar partikel.

- Keramik struktural silikon karbida memiliki banyak kegunaan. Mereka digunakan dalam rem cakram dan cengkeraman kendaraan bermotor, dalam filter partikulat diesel, dan sebagai aditif dalam oli untuk mengurangi gesekan.

- Penggunaan keramik struktural silikon karbida telah tersebar luas di bagian-bagian yang terkena suhu tinggi. Misalnya, ini adalah kasus tenggorokan injektor roket dan penggulung tungku.

- Kombinasi konduktivitas termal yang tinggi, kekerasan dan stabilitas pada suhu tinggi membuat komponen tabung penukar panas diproduksi dengan silikon karbida.

- Keramik struktural digunakan dalam injektor sandblast, segel pompa air otomotif, bantalan dan cetakan ekstrusi. Itu juga merupakan bahan untuk cawan lebur, digunakan dalam peleburan logam.

- Ini adalah bagian dari elemen pemanas yang digunakan dalam peleburan kaca dan logam non-besi, serta dalam perlakuan panas logam.

Penggunaan lainnya

- Dapat digunakan dalam pengukuran suhu gas. Dalam teknik yang dikenal sebagai pirrometri, filamen silikon karbida dipanaskan dan memancarkan radiasi yang berkorelasi dengan suhu dalam kisaran 800-2500ºK.

- Digunakan di pembangkit nuklir untuk mencegah kebocoran material yang dihasilkan oleh fisi.

- Dalam produksi baja digunakan sebagai bahan bakar.

Referensi

1. Nicholas G. Wright, Alton B. Horsfall. Silicon Carbide: Kembalinya Teman Lama. Material Matters Volume 4 Article 2. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: sigmaaldrich.com
2. John Faithfull. (Februari 2010). Kristal karborundum. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
3. Charles & Colvard. Polytypism dan Moissanite. Diperoleh pada 5 Mei 2018, dari: moissaniteitalia.com
4. Ilmuwan material. (2014). Struktur SiC2HA. . Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
5. Wikipedia. (2018). Silikon karbida. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: en.wikipedia.org
6. Navarro SiC. (2018). Silikon karbida. Diperoleh pada 5 Mei 2018, dari: navarrosic.com
7. Universitas Barcelona. Silicon Carbide, SiC. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: ub.edu
8. CarboSystem. (2018). Silicium karbida. Diperoleh pada 05 Mei 2018, dari: carbosystem.com