Karbid křemíku

Karbid křemíku (SiC) je sloučenina uhlíku a křemíku. Velmi vzácně se vyskytuje i v přírodě jako minerál moissanit.

Karbid křemíku
Karbid křemíku
Obecné
Systematický název	Karbid křemíku
Anglický název	Silicon carbide
Německý název	Siliciumcarbid
Sumární vzorec	SiC
Vzhled	žlutá, zelená až černá barva
Identifikace
Registrační číslo CAS	409-21-2
PubChem	9863
SMILES	[C-]#[Si+]
InChI	InChI=1S/CSi/c1-2
Vlastnosti
Molární hmotnost	40,096
Teplota tání	2830 °C
Hustota	3,16 g·cm−3
Index lomu	2,55
Rozpustnost ve vodě	nerozpustný
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Příprava

Karbid křemíku se připravuje reakcí uhlíku s křemíkem nebo oxidem křemičitým,^[1] případně reakcí oxidu uhelnatého s křemíkem nebo jeho oxidem:

Si + C → SiC

SiO₂ + 3 C → SiC + 2 CO (při 2 000 °C)

Si + 2 CO → SiC + CO₂

Struktura

Karbid křemíku vytváří více než 200 polymorfních modifikací.^[2] Sklovitý polymorf lze připravit pyrolýzou vhodných polymerů v inertní atmosféře.^[3] Polymorfy SiC vytváří velkou rodinou podobných krystalických struktur, které se nazývají polytypy. Jedná se o varianty téže chemické sloučeniny, které jsou shodné ve dvou rozměrech a liší se ve třetím. Lze na ně tedy pohlížet jako na vrstvy poskládané v určitém pořadí.

Nejběžnější modifikací je α-SiC, ten vzniká při teplotách nad 1700 °C a má hexagonální krystalovou strukturu (podobou wurtzitu). Modifikace β-SiC má strukturu podobnou diamatu, vzniká za teplot nižších než 1700 °C.^[2][4] Tato modifikace má vyšší měrný povrch než α, což umožňuje její využití v oblasti heterogenní katalýzy.^[5]

Struktura hlavních polymorfů SiC

(β)3C-SiC	4H-SiC	(α)6H-SiC

Vlastnosti a použití

Vyznačuje se velkou tvrdostí (na Mohsově stupnici má hodnotu 9,5), používá se jako brusný materiál, při výrobě žáruvzdorných cihel, jako polovodič a někdy jako lacinější náhražka diamantu. Je ho možno použít také na umělou výrobu křemíku:

SiO₂ + 2 SiC → 3 Si + 2 CO

Je znám i pod obchodním označením karborundum.

Při 2 500 °C se rozkládá na plynný křemík a uhlík ve formě grafitu:

SiC(s) → Si(g) + C(s)

Pod vakuem lze takto připravovat i grafenové struktury.^[6]

Index lomu je 2,65 až 2,69.

Moissanit

Přírodní moissanit se vyskytuje pouze ve stopových množstvích v některých typech meteoritů a v ložiskách korundu a kimberlitu; přírodní monokrystaly nepřesahují velikost několika milimetrů.^[7] Tvoří jemné, bezbarvé krystaly s diamantovým leskem. Syntetický analog a technický produkt podobný strukturou a složením je karborundum.^[8]

Přírodní moissanit byl poprvé objeven v roce 1893 v Arizoně Henrim Moissanem, po kterém byl minerál v roce 1905 pojmenován.^[9]

V posledních desetiletích se objevila technologie pro pěstování velkých průhledných syntetických monokrystalů moissanitu, často používaných k imitaci diamantů.^[10] Téměř každý karbid křemíku prodávaný na světě, včetně moissanitových šperků, je syntetický.