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碳硅硼的共价型化合物


实验室k / 2019-03-09

       主要是一些碳化物,如碳化硅SiC和碳化硼B4C。前者为无色晶体,具有金刚石的结构,所以又名金刚砂。B4C为黑色的固体,它的结构较复杂,但也是以共价键相结合的三维网格晶体,同SiC一样,硬度大,熔点高,具有化学惰性。它们早就用作优良的磨料和制切削工具。B4C还用于制原子反应堆中的控制棒。SiC耐高温,导热性又好,适合于做高温热交换器。它与氮化硅Si3N4(将Si粉在电炉中氮化得到的一种灰色固体)并列为新型陶瓷(所谓“新型内瓷”或“精细陶瓷”或“工程陶瓷”系非金属无机材料的总称,它包括一些金属氧化物(Al2O3、ZrO2…)碳化物、氮化物、硼化物等等,而不局限于酸盐)中的理想高温结构材料。它们具有耐高温、耐席损、比重小、耐腐蚀、强度高,抗氧化等优点。

       在1623~2173K的环境中,SiC仍具有钢一样的强度。用金属制涡轮机或发动机,能够承受的最高温度为1273K,还需要用水冷却,燃料的有效利用率只有28~38%。用SiC或Si3N4陶瓷制发动机某些部件,则可示受1600K以上的高温而毋需冷却,可节省30%的燃料且能将热效率提高到50%,还可以用它们的纤维增强塑料、树脂或金属,制成复合材料,用在飞机、汽车、船舰、空间飞行器和导弹等方面。它们是一类大有发展前途的非氧化物系无机材料。


       碳、硅、硼这三种元素在周期表中处于从非金属向金属过渡的地位。它们有一些相似性。例如它们都有同素异性体,都以形成共价键为特征,有程度不等的成链能力,所以各有一系列氢化物。它们以负氧化态形成碳化物、硅化物和硼化物,以正氧化态形成卤化物、氧化物、含氧酸及含氧酸盐。含氧酸都是弱酸。

       碳、硅相似,但由于它们处在不同周期,电子层结构和最高配位数不同,在性质上仍存在不少差异。硅、硼相似性很多,但也由于电子层结构不同,而在性质上存在着差异,最突出的是硼的缺电子性质。这性质使硼的某些化合物的结构比较复杂,而硼的化学也显得格外丰富。


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