El monóxido de silicio es el compuesto químico con la fórmula SiO donde el silicio está presente en el estado de oxidación +2. En fase de vapor, es una molécula diatómica. [1] Se ha detectado en objetos estelares [2] y se ha descrito como el óxido de silicio más común en el universo. [3]
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido Monóxido de silicio | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.030.198 |
Número CE |
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382 | |
Malla | Silicio + monóxido |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
SiO | |
Masa molar | 44,08 g / mol |
Apariencia | sólido vidrioso marrón-negro |
Densidad | 2,13 g / cm 3 |
Punto de fusion | 1.702 ° C (3.096 ° F; 1.975 K) |
Punto de ebullición | 1.880 ° C (3.420 ° F; 2.150 K) |
insoluble | |
Peligros | |
NFPA 704 (diamante de fuego) | |
punto de inflamabilidad | No es inflamable |
Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Sulfuro de silicio Seleniuro de silicio Telururo de silicio |
Otros cationes | Monóxido de carbono Óxido de germanio (II) Óxido de estaño (II) Óxido de plomo (II) |
Dióxido de silicio | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Forma sólida
Cuando el gas SiO se enfría rápidamente, se condensa para formar un material vítreo polimérico marrón / negro , (SiO) n , que está disponible comercialmente y se utiliza para depositar películas de SiO. Glassy (SiO) n es sensible al aire y a la humedad. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ]
Oxidación
Su superficie se oxida fácilmente en el aire a temperatura ambiente , dando una capa superficial de SiO 2 que protege el material de una mayor oxidación . Sin embargo, (SiO) n se desproporciona irreversiblemente en SiO 2 y Si en unas pocas horas entre 400 ° C y 800 ° C y muy rápidamente entre 1000 ° C y 1440 ° C, aunque la reacción no se completa. [4]
Formación de SiO
El primer informe preciso sobre la formación de SiO fue en 1887 [5] por el químico Charles F. Maybery (1850-1927) en la Case School of Applied Science en Cleveland . Maybery afirmó que el SiO se formó como una sustancia amorfa de color amarillo verdoso con un brillo vítreo cuando la sílice se redujo con carbón vegetal en ausencia de metales en un horno eléctrico. [6] La sustancia siempre se encontró en la interfaz entre el carbón y las partículas de sílice. Al investigar algunas de las propiedades químicas de la sustancia, su gravedad específica y un análisis de combustión, Maybery dedujo que la sustancia debe ser SiO. La ecuación que representa la reducción química parcial de SiO 2 con C se puede representar como:
- SiO
2+ C ⇌ SiO + CO
La reducción completa de SiO 2 con el doble de carbono produce silicio elemental y el doble de monóxido de carbono. En 1890, el químico alemán Clemens Winkler (el descubridor del germanio) fue el primero en intentar sintetizar SiO calentando dióxido de silicio con silicio en un horno de combustión. [7]
- SiO
2+ Si ⇌ 2 SiO
Sin embargo, Winkler no pudo producir el monóxido ya que la temperatura de la mezcla era solo de alrededor de 1000 ° C. El experimento fue repetido en 1905 por Henry Noel Potter (1869-1942), un ingeniero de Westinghouse . Usando un horno eléctrico, Potter pudo alcanzar una temperatura de 1700 ° C y observar la generación de SiO. [5] Potter también investigó las propiedades y aplicaciones de la forma sólida de SiO. [8] [9]
Debido a la volatilidad del SiO, la sílice se puede eliminar de los minerales o minerales calentándolos con silicio para producir SiO gaseoso de esta manera. [1] Sin embargo, debido a las dificultades asociadas con medir con precisión su presión de vapor, y debido a la dependencia de los detalles del diseño experimental, se han informado varios valores en la literatura para la presión de vapor de SiO (g). Para el p SiO por encima del silicio fundido en un crisol de cuarzo (SiO 2 ) en el punto de fusión del silicio, un estudio arrojó un valor de 0,002 atm. [10] Para la vaporización directa de SiO sólido amorfo puro, se ha informado de 0,001 atm. [11] Para un sistema de recubrimiento, en el límite de fase entre SiO 2 y un siliciuro, se informó de 0.01 atm. [12]
La propia sílice, o los refractarios que contienen SiO 2 , se pueden reducir con H 2 o CO a altas temperaturas, por ejemplo: [13]
- SiO
2(s) + H
2(g) ⇌ SiO (g) + H
2O (g)
A medida que el producto de SiO se volatiliza (se elimina), el equilibrio se desplaza hacia la derecha, lo que da como resultado el consumo continuo de SiO 2 . Basado en la dependencia de la tasa de pérdida de peso de la sílice en la tasa de flujo de gas normal a la interfaz, la tasa de esta reducción parece estar controlada por difusión convectiva o transferencia de masa desde la superficie de reacción. [14] [15]
SiO gaseoso (molecular)
Las moléculas de monóxido de silicio han quedado atrapadas en una matriz de argón enfriada por helio. En estas condiciones, la longitud del enlace SiO está entre 148,9 pm [3] y 151 pm. [16] Esta longitud de enlace es similar a la longitud de los dobles enlaces Si = O (148 pm) en la molécula lineal de matriz aislada SiO
2(O = Si = O), indicativo de la ausencia de un triple enlace como en el monóxido de carbono . [3] Sin embargo, el triple enlace SiO tiene una longitud de enlace calculada de 150 pm y una energía de enlace de 794 kJ / mol, que también están muy cerca de las reportadas para SiO. [16] La estructura de doble enlace de SiO es, en particular, una excepción a la regla del octeto de Lewis para moléculas compuestas por elementos ligeros del grupo principal, mientras que el triple enlace de SiO satisface esta regla. A pesar de esa anomalía, se conoce la observación de que el SiO monomérico es de vida corta y que los oligómeros (SiO) 'n' con 'n' = 2,3,4,5 [17] tienen estructuras de anillo cerrado en las que el silicio los átomos están conectados a través de átomos de oxígeno puente (es decir, cada átomo de oxígeno está unido individualmente a dos átomos de silicio; sin enlaces Si-Si), sugiere que la estructura de doble enlace Si = O, con un átomo de silicio hipovalente, es probable para el monómero. [3]
La condensación de SiO molecular en una matriz de argón junto con flúor , cloro o sulfuro de carbonilo (COS), seguido de irradiación con luz, produce las moléculas planas OSiF
2(con distancia Si-O 148 pm) y OSiCl
2(Si-O 149 pm) y la molécula lineal OSiS (Si-O 149 pm, Si-S 190 pm). [3]
El SiO molecular aislado en matriz reacciona con los átomos de oxígeno generados por la descarga de microondas para producir SiO molecular
2 que tiene una estructura lineal.
Cuando los átomos metálicos (como Na , Al , Pd , Ag y Au ) se depositan conjuntamente con SiO, se producen moléculas triatómicas con lineales (AlSiO y PdSiO), no lineales (AgSiO y AuSiO) y en anillo (NaSiO). estructuras. [3]
SiO sólido (polimérico)
Potter informó que el SiO sólido es de color marrón amarillento y es un aislante eléctrico y térmico. El sólido arde en oxígeno y descompone el agua con la liberación de hidrógeno. Se disuelve en hidróxidos alcalinos calientes y en ácido fluorhídrico. Aunque Potter informó que el calor de combustión del SiO es de 200 a 800 calorías más alto que el de una mezcla de equilibrio de Si y SiO 2 (que podría, posiblemente, usarse como evidencia de que el SiO es un compuesto químico único), [18] algunos estudios caracterizaron los materiales de monóxido de silicio sólido comercialmente disponibles como una mezcla no homogénea de SiO 2 amorfo y Si amorfo con algún enlace químico en la interfaz de las fases Si y SiO 2 . [19] [20] Estudios espectroscópicos recientes en correlación con el informe de Potter sugieren que los materiales de monóxido de silicio sólido disponibles comercialmente no pueden considerarse una mezcla no homogénea de SiO 2 amorfo y Si amorfo . [21]
SiO interestelar
El SiO interestelar se informó por primera vez en 1971 después de la detección en la nube molecular gigante Sgr B2 . [22] El SiO se utiliza como un trazador molecular de gas impactado en flujos de salida protoestelares . [23]
Referencias
- ↑ a b Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ed.), Inorganic Chemistry , traducido por Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego / Berlín: Academic Press / De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Gibb, AG; Davis, CJ; Moore, TJT, Un estudio de la emisión de SiO 5 → 4 hacia salidas de objetos estelares jóvenes masivos. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society , 382, 3, 1213-1224. doi : 10.1111 / j.1365-2966.2007.12455.x , arXiv : 0709.3088v1 .
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- ^ CF Maybery Amer. Chem. Journ. 9, 11, (1887).
- ^ C. Winkler Ber . 23, (1890) pág. 2652.
- ^ Patente estadounidense 182.082, 26 de julio de 1905.
- ^ EF Roeber HC Parmelee (Eds.) Industria electroquímica y metalúrgica, vol. 5 (1907) pág. 442.
- ^ "Manual de tecnología de silicio de semiconductores", WC O'Mara, RB Herring, LP Hunt, Publicaciones Noyes (1990), p. 148
- ^ JA Nuth III, FT Ferguson, El diario astrofísico, 649, 1178-1183 (2006)
- ^ "Recubrimientos resistentes a la oxidación a alta temperatura", Academia Nacional de Ciencias / Academia Nacional de Ingeniería (1970), p. 40
- ^ Charles A. (2004) Manual de refractarios de Schacht. Prensa CRC, ISBN 0-8247-5654-1 .
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