La fórmula del carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es un importante material industrial. Con una dureza comparable a la del diamante, el SiC se utiliza en aplicaciones como abrasivos, refractarios y cerámicas gracias a sus propiedades de resistencia.

La fórmula química del SiC se puede encontrar aquí. Cuando se trata de reacciones químicas, es fundamental convertir con precisión los moles de reactante y producto en moles para realizar cálculos precisos.

Fórmula química

El carburo de silicio, comúnmente conocido como carborundo (pronunciado karbrndm), es un compuesto químico inorgánico formado por silicio y carbono de fórmula SiC. Se encuentra de forma natural como mineral moissanita, descubierto por primera vez en el cráter del meteorito Canyon Diablo en Arizona en 1893 y sintetizado desde entonces como polvo para su uso como abrasivo. Sus granos también pueden fundirse mediante sinterización para crear placas cerámicas muy duras, como las que se encuentran en las placas de los chalecos antibalas, así como utilizarse en herramientas de corte de metales o como revestimientos refractarios para hornos refractarios refractarios refractarios refractarios refractarios; mientras que el dopado puede producir carburo de silicio tipo ann o versiones dopadas con berilio-boro o aluminio, respectivamente.

El carburo de silicio tiene una entalpía media de formación de 1124,9 kJ/mol y puede producirse mediante reacciones a alta temperatura de arena de sílice pura (cuarzo) con coque. Los reactivos también pueden incluir sal y serrín molido a efectos de inyección de aire en un horno eléctrico para facilitar la disgregación de la mezcla. Una vez formado, el carburo de silicio suele formar cristales de color amarillo a verde a negro azulado que son insolubles en agua o soluciones alcalinas, pero solubles en ácido fluorhídrico y bases fuertes como las soluciones concentradas de hidróxido de sodio.

La aleación de cobre es un material muy refractario, con un punto de fusión de 2.700 grados Celsius y muy poca dilatación térmica. Además, su naturaleza resistente y duradera rivaliza con la de algunos aceros en cuanto a resistencia a la tracción. Su resistencia química incluye ácidos y entornos de vapor; sin embargo, se corroe rápidamente cuando se expone al aire a temperaturas más altas. Además, es tóxico para la salud de las vías respiratorias tanto en forma líquida como de vapor; su inhalación puede provocar fibrosis pulmonar. El carburo de silicio puede alterar el curso de la tuberculosis por inhalación, provocando una fibrosis extensa y una enfermedad progresiva. El polvo de estrellas y los meteoritos contienen a menudo carbonato como elemento abundante, encontrándose evidencias en ambos. Los meteoritos de condrita carbonácea, en particular, suelen mostrar indicios de su abundancia en su entorno, posiblemente como subproducto de procesos de nucleosíntesis estelar.

Fórmula física

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico formado por silicio y carbono. Descubierto por primera vez en 1891 por el pensilvano Edward Acheson, el carburo de silicio es hoy uno de los materiales cerámicos industriales esenciales. Se utiliza ampliamente como aditivo del acero, material abrasivo o cerámica estructural. Las propiedades eléctricas del grafeno son sorprendentes: varían en siete órdenes de magnitud según su composición y es resistente y duradero, con una dureza Mohs sólo superada por la del diamante. El vidrio resistente al ácido fluorhídrico es insoluble en agua, alcohol y la mayoría de los ácidos orgánicos excepto el ácido fluorhídrico. Su resistencia y durabilidad se deben a sus estructuras covalentes de silicio/carbono unidas por átomos tetraédricos de silicio/carbono en su red cristalina.

El SiC es un material semiconductor de banda ancha, con una brecha energética de 3,26 eV. Esto permite al SiC funcionar a tensiones más altas que otros materiales y soportar temperaturas mucho más elevadas sin verse afectado, lo que da lugar a numerosas aplicaciones como semiconductores de potencia, transistores y diodos que lo utilizan en entornos de alta temperatura.

El SiC es relativamente raro en la Tierra pero abundante en el espacio como forma abundante de polvo estelar creado cerca de estrellas ricas en carbono. Se han descubierto ejemplos dentro de meteoritos primitivos en su estado original y sus proporciones isotópicas han revelado su origen más allá de nuestro sistema solar.

El SiC se produce haciendo reaccionar arena de sílice (cuarzo) con carbono en un horno eléctrico a altas temperaturas, produciendo un polvo que luego puede fundirse por sinterización para formar cerámicas muy duras que se utilizan para aplicaciones que requieren una gran resistencia, como frenos y embragues de automóviles, así como placas de chalecos antibalas. Los grandes cristales individuales de SiC cultivados con el método Lely pueden tallarse en gemas conocidas como gemas de moissanita sintética. Sin embargo, su polvo y sus fibras pueden irritar los ojos o las vías respiratorias superiores, así como contribuir a la fibrosis pulmonar y al cáncer, y posiblemente al mesotelioma en humanos.

Densidad

El carburo de silicio es un compuesto químico extremadamente duro y duradero formado por silicio (número atómico 14) y carbono (número atómico 6). Comparte muchas propiedades con el diamante, como su estructura cristalina, formada por cuatro átomos de carbono unidos covalentemente en un tetraedro alrededor de un átomo de silicio en su centro. Como resultado, se produjo un compuesto químico hexagonal con propiedades semiconductoras de banda prohibida ancha y uno de los valores de dureza más altos conocidos en la Tierra, sólo superado por el diamante y el carburo de boro, lo que lo hace adecuado tanto como material abrasivo como para juntas mecánicas y cojinetes. El carborundo sintético, con una dureza Mohs de 9, se utiliza a menudo como material de corte y en dispositivos cerámicos de fusión vertebral intercorporal para intervenciones de cirugía de la columna cervical y torácica.

El SiC aglomerado por reacción puede fabricarse mediante diversos procesos, en función del uso previsto. Uno de ellos consiste en mezclar polvo de Si y C con plastificante y darle la forma deseada antes de cocerlo. Las capas resistentes al desgaste pueden formarse sobre metales mediante deposición química en fase vapor (CVD), en la que compuestos volátiles reaccionan con hidrógeno en una cámara cerrada antes de ser agotados mediante procesos de deposición química en fase vapor. Para aplicaciones electrónicas avanzadas, también se pueden cultivar grandes cristales individuales de carburo de silicio con el método de Ley y luego cortarlos para formar obleas listas para su fabricación en componentes de estado sólido mediante procesos de CVD; el CVD permite cultivar capas resistentes al desgaste sobre metales sin necesidad de procesos de deposición química en fase vapor o CVD, ¡perfecto para aplicaciones de CVD!

El carburo de silicio se transforma en un semiconductor de tipo p cuando se dopa con impurezas como boro y aluminio, ofreciendo una resistencia a la tensión mucho menor que el silicio. El nitruro de galio lo supera en circuitos de más de 1.000 V, por lo que podría sustituir al silicio en sistemas con mayores requisitos de tensión. El carburo de silicio se ha mostrado muy prometedor como material para baterías de vehículos eléctricos y algún día podría convertirse en un material indispensable.

La dureza del carburo de silicio también lo hace ideal para su uso en blindajes antibalas, ya que permite que las balas lo rocen sin penetrar como lo harían en otros tipos de chalecos antibalas. Lamentablemente, debido a su resistencia, el carburo de silicio requiere una cuchilla especialmente potente para cortarlo, por lo que se recomienda utilizar sierras con punta de diamante.

Punto de fusión

El carburo de silicio, comúnmente conocido por su fórmula química SiC, es un compuesto cristalino ultraduro producido sintéticamente y compuesto de silicio y carbono. Desde finales del siglo XIX se ha utilizado en productos como papel de lija, muelas abrasivas, herramientas de corte y piezas resistentes al desgaste de bombas y motores de cohetes, así como en sustratos semiconductores utilizados para diodos emisores de luz. Se descubrieron depósitos naturales de carburo de silicio en el meteorito Canyon Diablo; este material ha recibido el nombre de moissanita.

El proceso Acheson fue inventado por el estadounidense Edward Charles Acheson en 1891 y sigue siendo uno de los principales métodos de producción masiva de abrasivos de carburo de silicio. Esta técnica consiste en introducir arena de sílice finamente molida con coque triturado en un horno de resistencia eléctrica antes de hacer pasar una corriente eléctrica como conductor, lo que provoca una reacción electroquímica entre el silicio y el carbono que acaba formando carburo de silicio.

El SiC es un material ideal para aplicaciones que requieren altas temperaturas, debido a su elevado punto de fusión y su amplio rango de temperaturas. No reacciona con el aire y soporta el calor, la oxidación y la radiación sin degradarse con el tiempo.

Debido a su mayor conductividad térmica que el silicio puro, los dispositivos electrónicos basados en silicio suelen incluirlo. Esta elevada conductividad térmica permite dopar el silicio con nitrógeno o fósforo para crear semiconductores de tipo n; o con dopantes de berilio, boro, aluminio o galio para producir semiconductores de tipo p, lo que confiere a estos semiconductores su característico bandgap entre los de conductores y aislantes que permite a los electrones pasar libremente entre ellos.

La estructura única del carburo de silicio contribuye a su banda prohibida. Compuesto por capas de plaquetas hexagonales rodeadas de tetraedros triangulares que se mantienen unidos por fuerzas intermoleculares débiles, el carburo de silicio tiene una brecha energética entre la banda de valencia y la banda de conducción de cada electrón que da lugar a brechas energéticas relativamente menores que las de otros aislantes como el vidrio aislante o el diamante. Esto hace que los puntos de fusión y ebullición del carburo de silicio sean inferiores a los de materiales como el vidrio o el diamante, una ventaja que explica que sus puntos de fusión y ebullición sean inferiores a los de materiales como el vidrio o el diamante.