الكتلة المولية لكربيد السليكون

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب كيميائي غير عضوي يتكون من السيليكون والكربون، ويوجد بشكل طبيعي في تكوين معدن المويسانيت. منذ عام 1893، تم إنتاج مسحوق وبلورات كربيد السيليكون (SiC) بكميات كبيرة لاستخدامه كمادة كاشطة ومكون في المكابح والقوابض الخزفية طويلة الأمد.

يتألف SiC من عدة أنواع متعددة ذات هياكل بلورية وفجوات نطاقية مختلفة، مما يجعلها تتكون من تركيبات مختلفة تتسامى عند درجة حرارة 2700 درجة مئوية. يمكن أن يتراوح لونها من الأصفر والأخضر إلى الأصفر والأخضر إلى الأسود المزرق قبل أن تتسامى تمامًا.

قياس التفاعل الكيميائي

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب كيميائي غير عضوي يتكون من السيليكون والكربون ولا يوجد بشكل طبيعي إلا بكميات ضئيلة مثل حجر المويسانيت الكريم. ومع ذلك، منذ عام 1893، تم إنتاج كميات كبيرة من كربيد السيليكون لاستخدامه كمادة كاشطة ومادة خزفية للتطبيقات التي تتطلب متانة عالية مثل السترات الواقية من الرصاص. ويمكن إنتاج سيكلور السيليكون إما على شكل مسحوق أو على شكل بلورات - حيث يتم دمج كلا الشكلين من خلال التلبيد لتشكيل مواد خزفية عالية المتانة ذات خواص فيزيائية متنوعة.

يحتاج العلماء إلى معرفة كميات كلٍّ من المتفاعلات والنواتج لتحديد ناتج التفاعلات الكيميائية، وذلك لحساب كمية المادة الناتجة عن التفاعل. وللقيام بذلك، يقومون أولًا بتحويل الكميات من وحدات الكتلة (m) إلى المولات (mol)، التي تقيس عدد الذرات الموجودة في العينة. وتعرف عملية التحويل هذه بين وحدات الكتلة والمولات باسم حساب الكتلة المولية - وهي أداة أساسية تستخدم في الحسابات التكافئية.

تعد المعادلات الكيميائية المتوازنة ضرورية للحفاظ على قانون حفظ الكتلة، ما يعني عدم فقدان أو اكتساب أي ذرات خلال أي تفاعل. كما أنها تعمل على التنبؤ بالكميات الناتجة من تفاعلات معينة، مثل كمية SiC التي ستنتج من مدخلات الرمل. ويمكن تحديد كتلها المولية من النسب بين معاملات التفاعل والكتل الذرية للعناصر المتضمنة.

يتألف النظام الدولي للوحدات من سبع وحدات أساسية تشمل الطول (م)، والكتلة (كجم)، والتيار الكهربائي (A)، ودرجة الحرارة الديناميكية الحرارية (K)، وكمية المادة (الحجم المولي)، وشدة الإضاءة (cd). وترتبط معظم استخدامات الكتلة المولية اليوم بإنتاج الثوابت الفيزيائية أو المعايرة - مما يوفر الأساس لوحدات النظام الدولي للوحدات الأخرى.

وقد وُجد أن العمال الذين ينتجون كربيد السيليكون لاستخدامه كمادة كاشطة يعانون من أمراض تنفسية مماثلة لتلك التي يسببها التعرض للأسبستوس. وينتج كربيد السيليكون جزيئات غبار مجهرية يمكن استنشاقها في الرئتين، حيث تسبب التليف الرئوي الخلالي المنتشر أو "مرض يشبه السحار السيليكوز". وأثبتت دراسة هذا الأمر، حيث أظهرت صور أشعة الصدر المأخوذة من عمال إنتاج كربيد السيليكون وجود عتامات دائرية صغيرة عند انخفاض معدل انتشارها تشبه ما يحدث عند التعرض للأسبستوس (التهاب الأسناخ الليفي من نوع الكروسيدوليت).

إعداد المواد وتحسينها

كربيد السيليكون هو مادة نانوية وظيفية لها العديد من التطبيقات في مجموعة من المجالات، من المحفزات وأشباه الموصلات إلى السيراميك الوظيفي والمنسوجات الوظيفية. ونظرًا لتنوع مورفولوجيته المجهرية وتعدد أشكاله، يتمتع كربيد السيليكون بمجموعة واسعة للغاية من الخصائص الفيزيائية والكيميائية والكهربائية؛ وعلى وجه التحديد، يتمتع بقوة انهيار عالية في المجال الكهربائي بالإضافة إلى كونه موصلًا بدرجة عالية. وعلاوة على ذلك، وبسبب ارتفاع درجات الحرارة والجهود الفولتية العالية، فإنه يشكل مادة ممتازة لإلكترونيات الطاقة؛ وعلاوة على ذلك، فإن خصائصه العازلة تجعله مناسباً كمادة عازلة للصواعق.

تُعد الكتلة المولية عاملًا أساسيًا عند إنتاج كربيد السيليكون، حيث إنها تشكل جزءًا من الحساب التكافئي لتحديد تركيبه النهائي وخصائصه. ولإيجادها، يتم تجميع كل كتل جميع الذرات الموجودة في صيغته؛ بضرب الكتلة الذرية لكل عنصر مع وجوده، مع مراعاة التوزيع النظائري للنويدات الموجودة وهكذا دواليك - تنطبق هذه العملية نفسها عند حساب الوزن الجزيئي.

يمكن تقسيم الكتلة المولية لكربيد السيليكون إلى النصف تقريبًا حسب تركيبته؛ حيث إن 1.25 ذرة كربون و1.5 ذرة أكسجين تشكل كتلته، لذلك يمكن أن يكون بمثابة مؤشر لمحتوى الأكسجين في الأشكال المسحوقة والسائبة من كربيد السيليكون. ومع ذلك، سيكشف تحليل حجم الجسيمات بشكل أكثر موثوقية عن كثافة كربيد السيليكون.

لكربيد السيليكون استخدامات صناعية عديدة بسبب صلابته ومقاومته للتآكل، مع تطبيقات واسعة الانتشار بما في ذلك تقنيات التصنيع الكاشطة وكعنصر مضاف في السيراميك الصلب وقطع غيار السيارات وأجزاء أفران الطوب الحراري وأجهزة توليد الكهرباء. وعلاوة على ذلك، يتم استخدام كربيد السيليكون بشكل متزايد كبديل ميسور التكلفة للماس في أدوات القطع أثناء إنتاج الأحجار الكريمة الاصطناعية مثل المويسانيت.

يمكن إنتاج كربيد السيليكون باستخدام عمليات مختلفة، بما في ذلك التلبيد والضغط الساخن. وإلى جانب التطبيقات الصناعية، يُستخدم كربيد السيليكون كمادة خام مهمة في إنتاج أشباه الموصلات. وعلاوة على ذلك، فإن مقاومته المنخفضة وموصلية أعلى ومقاومة أفضل للتآكل قد تجعله بديلاً جذاباً للنحاس في بعض الحالات.

التنبؤ بالخصائص الفيزيائية

ليس للكتلة المولية لكربيد السيليكون تأثير مباشر على خواصه الفيزيائية؛ ومع ذلك، ترتبط الكثافة والصلابة والتركيب الكيميائي ارتباطًا وثيقًا. لذلك، فإن معرفة كتلته المولية عند معالجة كربيد السيليكون أو تصنيعه يمكن أن يساعد في تحسين التركيب والجودة في المنتجات النهائية.

يعد حساب الكتلة المولية لمركب ما بدقة خطوة أساسية في إجراء الحسابات التكافئية التي تحدد تركيبه الكيميائي وخواصه الفيزيائية؛ وقد يكون هذا الأمر صعبًا بشكل خاص عند التعامل مع مواد معقدة مثل كربيد السيليكون.

وقد أظهرت الدراسات أنه يمكن التنبؤ بالكتل المولية للمركبات المعقدة بدقة عالية باستخدام مناهج مختلفة، بما في ذلك الحسابات التكافئية والديناميكا الحرارية والحركية والنمذجة الجزيئية. ولتحقيق نتائج دقيقة، من المهم للغاية استخدام برمجيات حسابية متكافئة قادرة على حساب التأثيرات مثل التداخلات والبدائل التي تنشأ عادةً داخل المركبات المعقدة.

يمكن استخدام برنامج الحساب التكافئي لتحويل الصيغ الكيميائية إلى كتل مولارية، والتي بدورها يمكن تحويلها مرة أخرى إلى خواص فيزيائية مثل الصلابة أو الكثافة. يمكن تحديد الكتلة المولية لكربيد السيليكون من خلال ضرب الكتل الذرية لكل عنصر قبل جمعها جميعًا؛ وإلا يمكن أيضًا تقديرها من خلال مقارنة كتلته بكتلة مركبات مماثلة مماثلة توجد بيانات تجريبية لها.

جعلت شركة Linde Engineering من البحث في استخدام الكتلة الجزيئية للتنبؤ بالخصائص الفيزيائية مجالًا نشطًا من مجالات البحث، حيث أنتج هذا المشروع نموذج تنبؤ يستخدم تقنية الترددات الراديوية للتنبؤ بخمس خصائص فيزيائية للمواد البترولية متعددة الفلزات باستخدام الترددات الراديوية. وقد تم التحقق من صحة هذا النموذج باستخدام معايير التقييم وتحليل التأثير الخاص بالمواد؛ وتم تعزيز أدائه من خلال عمليات تصنيف جديدة وتقنيات المعالجة المسبقة للبيانات وتحسين المعلمة الفائقة؛ وأخيرًا تم تنفيذه في برنامج سهل الاستخدام لتعزيز قدرته التنبؤية؛ ويتم تغذية بيانات الوصفات الجديدة تلقائيًا في هذا البرنامج لتعزيز قدرته التنبؤية بمرور الوقت.

تم اكتشاف كربيد السيليكون لأول مرة كمعدن المويسانيت بواسطة إدوارد جودريتش أتشيسون. وعلى الرغم من عدم إنتاج كربيد السيليكون بشكل طبيعي، إلا أنه يجب تصنيعه واستخدامه على نطاق واسع كمادة كاشطة بسبب مقاومته للتآكل، وثباته الكيميائي وخصائصه الكيميائية وخصائصه العالية في درجة الانصهار. ومع ذلك، ينتج كربيد السيليكون أثناء تصنيعه غباراً يؤدي إلى تهيج المسالك التنفسية أثناء الإنتاج؛ كما أفادت الدراسات التي أجريت أن جسيمات كربيد السيليكون وأليافه تسبب التهاب أسناخ ليفي متفاقم واسع النطاق مشابه لمرض الأسبستوس لدى البشر - وهي أمراض محتملة مشابهة لأمراض التعرض للأسبستوس.

التطبيقات

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب بلوري شديد الصلابة يتم إنتاجه صناعياً من السيليكون والكربون. بينما يوجد كربيد السيليكون بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت النادر، بدأ إنتاجه بكميات كبيرة في عام 1893 كمسحوق أو في شكل بلورة واحدة لاستخدامه كمادة كاشطة أو سيراميك هندسي. وبسبب صلابته الشديدة ومقاومته للصدمات الحرارية ومقاومته للصدمات الحرارية ومقاومته للتآكل في المضخات ومحركات الصواريخ والركائز شبه الموصلة في الصمامات الثنائية الباعثة للضوء؛ يستخدم SiC على نطاق واسع كمادة حرارية للأفران الصناعية وأجزاء مقاومة للتآكل كبطانات حرارية في الأفران الصناعية وكذلك بطانات حرارية متينة في صناعة الجواهر الحديثة.

في كل خطوة من خطوات إنتاج SiC، من الضروري الحصول على فهم دقيق للكتلة المولية. ويمكن تحديد هذا الرقم من خلال جمع كل الكتل الذرية المعنية وضرب هذا المجموع في عدد الذرات لكل عنصر موجود في التفاعل الكيميائي؛ ويسمح استخدام هذه المعرفة بتحسين عملية التخليق والتحكم فيها بدقة أكبر، مما يساعد على ضمان منتج نقي.

وبمجرد تحديد الكتلة المولية للمواد الخام، يمكن طحنها في شكل مسحوق ناعم قبل خلطها مع مساعدات التلبيد غير الأكسيدية وتشكيلها في عجينة للتلبيد في درجة حرارة عالية تحت التفريغ لتقوية الروابط الكيميائية ثم تبريدها وتشكيلها وتشكيلها حسب الحاجة لإنشاء المنتج النهائي، مثل الكبس المتساوي البرودة أو البثق.

يمكن أن تساعد الكتلة المولية للمواد الخام في التنبؤ بالخصائص الفيزيائية في منتجاتها النهائية، مثل الكثافة والصلابة والتوصيل الحراري. لكن لسوء الحظ، لا يمكن استخلاص هذه العلاقة مباشرةً؛ إذ يجب أيضًا مراعاة المزيد من المعلومات مثل البنية البلورية أو أنواع الروابط الكيميائية عند إجراء تنبؤات استنادًا إلى الكتلة المولية وحدها.

توفر شركة يافيت الصينية، بصفتها منتجًا رائدًا لمنتجات وخدمات كربيد السيليكون عالية الجودة، مجموعة من المنتجات والخدمات المصممة لمختلف التطبيقات. اتصل بنا الآن لاكتساب المزيد من المعلومات حول هذه العروض؛ سيسعد فريقنا بالرد على أي استفسارات قد تكون لديك!