Utente:Grasso Luigi/sanbox1/monossido di silicio

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Monossido di silicio
Struttura di Lewis del monossido di silicio
Struttura di Lewis del monossido di silicio
Struttura 3D a sfere-stecche del monossido di silicio
Struttura 3D a sfere-stecche del monossido di silicio
Struttura 3D a sfere Van der Waals del monossido di silicio
Struttura 3D a sfere Van der Waals del monossido di silicio
Nome IUPAC
Monossido di silicio [1]
Nomi alternativi
Ossido di silicio
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareSiO
Indicazioni di sicurezza
Elemento Wikidata assente · Manuale


Formazione di SiO[modifica | modifica wikitesto]

Il primo articolo accurato sulla formazione di SiO risale al 1887[2] redatto dal chimico Charles F. Maybery (1850–1927) al Case School of Engineering in Cleveland. Maybery pubblicò la formazione di SiO come una sostanza giallo-verde amorfa con lucentezza vitrea quando la silice veniva ridotta con carbone in assenza di metalli in un forno.[3]La sostanza è stata sempre notata all'interfaccia tra il carbone e le particelle di silice. Studiando alcune sue proprietà chimiche, come la gravità specifica, e l'analisi della combustione, Maybery dedusse che doveva essere SiO. L'equazione chimica della riduzione parziale di SiO2 con C è la seguente:

SiO2+ C ⇌ SiO + CO

La riduzione completa di SiO2 con il doppio della quantità di carbonio produce silicio elementare e il doppio della quantità di monossido di carbonio.

SiO2+ 2C ⇌ Si+ 2CO

Nel 1890, il chimico tedesco Clemens Winkler (lo scopritore del germanio) fu il primo a provare a sintetizzare SiO riscaldando diossido di silicio con silicio in un forno a combustione.[4]

SiO2+ Si ⇌ 2 SiO

Ebbene, Winkler non era in grado di produrre il monossido poiché la temperatura della miscela era solo intorno 1000°C. L'esperimento fu ripetuto nel 1905 da Henry Noel Potter (1869–1942), un ingegnere della Westinghouse. Usando una fornace elettrica, Potter riuscì ad ottenere una temperatura di 1700°C e osservò la formazione di SiO.[2]Potter ha anche studiato le proprietà e le applicazioni della forma solida di SiO.[5][6]

Dovuto alla volatilità dell'SiO, la silice può essere rimossa dalle rocce o dai minerali col metodo di riscaldarli con silicio per produrre SiO gassoso.[7]Tuttavia, a causa delle difficoltà associate alla misurazione accurata della sua pressione di vapore e alla dipendenza dalle specifiche del progetto sperimentale, sono stati riportati vari valori nella letteratura per la tensione di vapore di SiO(g). Per il pSiO sopra silicio fuso in un crogiolo di quarzo (SiO2) al punto di fusione del silicio, uno studio ha fornito un valore di 0.002 atm.[8] Per la vaporizzazione diretta di SiO solido puro, amorfo, è stata utilizzata una pressione di 0.001 atm.[9]Per un sistema di rivestimento, al confine di fase tra SiO2 e un siliciuro, si è notata una pressione di 0,01 atm.[10] La silice stessa, o refrattari contenenti SiO2, si possono ridurre con H2 o CO ad alta temperatura, e.g.: [11]

SiO2(s) + H2(g) ⇌ SiO(g) + H2O(g)

Quando il prodotto SiO si volatilizza (viene rimosso), l'equilibrio della reazione si sposta a destra, ne risulta un consumo continuo di SiO2. Basato sulla dipendenza del tasso di perdita di peso di silice sulla velocità del flusso del gas normale all'interfaccia, la velocità di questa riduzione sembra essere controllata da diffusione convettiva o da trasferimento di massa dalla superficie di reazione.[12][13]

SiO gassoso (molecolare)[modifica | modifica wikitesto]

Silicon monoxide molecules have been trapped in an argon matrix cooled by helium. In these conditions, the SiO bond length is between 148.9 pm[14] and 151 pm.[15] This bond length is similar to the length of Si=O double bonds (148 pm) in the matrix-isolated linear molecule SiO2 (O=Si=O), indicative of the absence of a triple bond as in carbon monoxide.[14] However, the SiO triple bond has a calculated bond length of 150 pm and a bond energy of 794 kJ/mol, which are also very close to those reported for SiO.[15] The SiO double bond structure is, notably, an exception to Lewis' octet rule for molecules composed of the light main group elements, whereas the SiO triple bond satisfies this rule. That anomaly not withstanding, the observation that monomeric SiO is short-lived and that (SiO)'n' oligomers with 'n' = 2,3,4,5 are known, all having closed ring structures in which the silicon atoms are connected through bridging oxygen atoms (i.e. each oxygen atom is singly bonded to two silicon atoms; no Si-Si bonds), suggests the Si=O double bond structure, with a hypovalent silicon atom, is likely for the monomer.[14]

Condensing molecular SiO in argon matrix together with fluorine, chlorine or carbonyl sulfide (COS), followed by irradiation with light, produces the planar molecules OSiF2 (with Si-O distance 148 pm) and OSiCl2 (Si-O 149 pm), and the linear molecule OSiS (Si-O 149 pm, Si-S 190 pm).[14]

Matrix-isolated molecular SiO reacts with oxygen atoms generated by microwave discharge to produce molecular SiO2 which has a linear structure.

When metal atoms (such as Na, Al, Pd, Ag, and Au) are co-deposited with SiO, triatomic molecules are produced with linear (AlSiO and PdSiO), non-linear (AgSiO and AuSiO), and ring (NaSiO) structures.[14]

SiO solido (polimerico)[modifica | modifica wikitesto]

Potter reported SiO solid as yellowish-brown in color and as being an electrical and thermal insulator. The solid burns in oxygen and decomposes water with the liberation of hydrogen. It dissolves in warm alkali hydroxides and in hydrofluoric acid. Even though Potter reported the heat of combustion of SiO to be 200 to 800 calories higher than that of an equilibrium mixture of Si and SiO2 (which could, arguably, be used as evidence that SiO is a unique chemical compound),[16] some studies characterized commercially available solid silicon monoxide materials as an inhomogeneous mixture of amorphous SiO2 and amorphous Si with some chemical bonding at the interface of the Si and SiO2 phases.[17][18] Recent spectroscopic studies in a correlation with Potter`s report suggest that commercially available solid silicon monoxide materials can not be considered as an inhomogeneous mixture of amorphous SiO2 and amorphous Si.[19]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Nomenclature of Inorganic Chemistry : IUPAC Recommendations 2005 (Red Book), Cambridge, The Royal Society of Chemistry, 2005, p. 315, ISBN 978-0-85404-438-2.
  2. ^ a b J. W. Mellor "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry" Vol VI, Longmans, Green and Co. (1947) p. 235.
  3. ^ C. F. Maybery J. Am. Chem. Soc. 9, 11, (1887).
  4. ^ C. Winkler Ber. 23, (1890) p. 2652.
  5. ^ U.S. Patent 182, 082, 26 Luglio 1905.
  6. ^ E. F. Roeber H. C. Parmelee (Eds.) Electrochemical and Metallurgical Industry, Vol. 5 (1907) p. 442.
  7. ^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils, ed., "Inorganic Chemistry", tradotto da Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlino: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
  8. ^ W. C. O'Mara, R. B. Herring, L. P. Hunt, "Handbook of Semiconductor Silicon Technology". Noyes Publications (1990), p. 148
  9. ^ J. A. Nuth III, F. T. Ferguson, The Astrophysical Journal, 649, 1178-1183 (2006)
  10. ^ "High-Temperature Oxidation-Resistant Coatings". National Academy of Sciences/National Academy of Engineering (1970), p. 40
  11. ^ Charles A. "Schacht Refractories handbook (2004)". CRC, ISBN 0-8247-5654-1.
  12. ^ G. Han; H. Y. Sohn. J. Am. Ceram. Soc. 88 [4] 882-888 (2005)
  13. ^ R. A. Gardner J. Solid State Chem. 9, 336-344 (1974)
  14. ^ a b c d e Errore nelle note: Errore nell'uso del marcatore <ref>: non è stato indicato alcun testo per il marcatore Jutzi
  15. ^ a b Inorganic Chemistry, Holleman-Wiberg, Academic Press (2001) p. 858.
  16. ^ J. W. Mellor "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry" Vol VI, Longmans, Green and Co. (1947) p. 234.
  17. ^ Friede B., Jansen M. (1996) Some comments on so-called silicon monoxide. Journal of Non-Crystalline Solids, 204, 2, 202-203. DOI: 10.1016/S0022-3093(96)00555-8.
  18. ^ Schulmeister K. and Mader W. (2003) TEM investigation on the structure of amorphous silicon monoxide. Journal of Non-Crystalline Solids, 320, 1-3, 143-150. DOI: 10.1016/S0022-3093(03)00029-2.
  19. ^ Gunduz, D. C., Tankut, A., Sedani, S., Karaman, M. and Turan, R. (2015) Crystallization and phase separation mechanism of silicon oxide thin films fabricated via e-beam evaporation of silicon monoxide. Phys. Status Solidi C, 12: 1229–1235. DOI: 10.1002/pssc.201510114.

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