Τομονοξείδιο του πυριτίου (αγγλικά: silicon monoxide) είναι ανόργανηχημική ένωση, που περιέχει πυρίτιοκαιοξυγόνο, μεμοριακό τύποSiΟ. Αποτελεί (τυπικά) το πυριτιούχο ανάλογο τουμονοξειδίου του άνθρακα (CO). Σε αυτήν τη χημική ένωση το πυρίτιο έχει αριθμό οξείδωσης +2. Στηναέρια κατάσταση τομόριότου είναι διατομικό.[1] Έχει ανιχνευθεί σεουράνια σώματα.[2] Μάλιστα, έχει περιγραφεί ως τοπιο συνηθισμένο οξείδιοτου πυριτίου στοσύμπαν.[3] Όταν αέριο μονοξείδιο του πυριτίου ψύχεται απότομα, σχηματίζεται ένα καστανόμαυρο πολυμερικόυαλώδεςστερεό υλικό με τύπο της μορφής (SiO)n, που είναι διαθέσιμο (και) εμπορικά και (η μέθοδος αυτή) χρησιμοποιήθηκε γιατην απόθεση λεπτών στρωμάτων μονοξειδίου του πυριτίου. Το υαλώδες μονοξείδιο του πυριτίου είναι ευαίσθητο στην έκθεση τόσο στονατμοσφαιρικό αέρα, όσο καιστηνυγρασία. Η επιφάνειά του γρήγορα οξειδώνεται όταν εκτίθεται στον ατμοσφαιρικό αέρα, στηθερμοκρασία δωματίου (20°C), δίνοντας διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), αλλά έτσι σχηματίζεται ένα επιφανειακό στρώμα που προστατεύει το εσωτερικό από οξείδωση. Ωστόσο, το μονοξείδιο του πυριτίου υφίσταται μη αναστρέψιμη δυσαναλογοποίηση, πουτο μετατρέπει σεμείγμα διοξειδίου του πυριτίου και στοιχειακού πυριτίου. Αυτό συμβαίνει σε λίγες ώρες σεθερμοκρασίες
400 - 800°C και γρήγορα σε θερμοκρασίες 1.000 - 1.440°C, παρόλο πουη αντίδραση αυτή δεν ολοκληρώνεται.[4]
Η πρώτη αναφορά για σχηματισμό μονοξειδίου του πυριτίου έγινε το1887[5] από το χημικό Τσαρλς Μέυμπερυ (Charles F. Maybery, 1850-1927) στηνCase School of Applied Science, στοΚλίβελαντ. Ο Μέυμπερυ ισχυρίστηκε ότι το μονοξείδιο του πυριτίου σχηματίστηκε ως άμορφη πρασινοκίτρινη ουσία με υαλώδη εμφάνιση, όταν διοξείδιο του πυριτίου ανάχθηκε μεξυλάνθρακα, απουσία μετάλλων, σεηλεκτρικόκλίβανο.[6]Η ουσία αυτή βρισκόταν πάντα στη διεπιφάνεια ανάμεσα σε ξυλάνθρακα και σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου. Ερευνώντας κάποιες από τις χημικές ιδιότητες αυτής της ουσίας, τοειδικό βάρος της καιτην ανάλυση σύνθεσής της, ο Μέυμπερυ συμπέρανε ότι η ουσία αυτή θα έπρεπε να είναι μονοξείδιο του πυριτίου. Η στοιχειομετρική εξίσωση που αντιπροσωπεύει τη μερική χημική αναγωγή του διοξειδίου του πυριτίου από άνθρακα είναι η ακόλουθη:
Πλήρης αναγωγή διοξειδίου του άνθρακα με διπλάσια ποσότητα άνθρακα αποδίδει στοιχειακό πυρίτιο και διπλάσια ποσότητα μονοξειδίου του άνθρακα. To 1890, οΓερμανός χημικός Κλέμενς Βίνκλερ (Clemens Winkler), που μεταξύ άλλων ανακάλυψε τογερμάνιο, ήταν ο πρώτος που αποπειράθηκε να συνθέσει μονοξείδιο του άνθρακα θερμαίνοντας μείγμα διοξειδίου του πυριτίου μαζί με στοιχειακό πυρίτιο σε κλίβανο καύσης:[7]
Ωστόσο, ο Βίνκλερ δεν μπόρεσε να παραγάγει μονοξείδιο του πυριτίου, γιατί η θερμοκρασία που πετύχαινε μετον κλίβανό του ήταν γύρω στους 1.000°C. Το πείραμα αυτό επαναλήφθηκε το1905, από τον Χένρυ Νόελ Πότερ (Henry Noel Potter, 1869-1942), που ήταν μηχανικός της Westinghouse. Ο Πότερ χρησιμοποίησε ηλεκτρικό κλίβανο, που ήταν ικανός να πετύχει θερμοκρασία 1.700°C, παρατηρώντας το σχηματισμό μονοξειδίου του πυριτίου.[5]Ο Πότερ επίσης ερεύνησε τις ιδιότητες και (πιθανές) εφαρμογές του στερεοποιημένου μονοξειδίου του πυριτίου.[8][9]
Εξαιτίας της (σχετικής) πτητικότητάςτου, το μονοξείδιο του πυριτίου μπορεί να απομακρυνθεί από μεταλλεύματα ή ορυκτά, θερμαίνοντας μείγματα πουτο περιέχουν, αρκετά ώστε να παραχθεί μονοξείδιο του πυριτίου.[1] Ωστόσο, εξαιτίας δυσκολιών που σχετίζονται μετην ακρίβεια μετρήσεων της τάσης ατμώντου, και εξαιτίας της εξάρτησης σε ιδιαιτερότητες της πειραματικής διάταξης, διάφορες τιμές έχουν αναφερθεί στηβιβλιογραφίαγια τις τιμές της τάσης ατμών του μονοξειδίου του πυριτίου στην αέρια κατάσταση. Γιατην pSiO πάνω από τήγμα (στοιχειακού) πυριτίου σεηθμόχαλαζία , μια μελέτη έδωσε τιμή 0,002 atm.[10]Για απευθείας βρασμό χημικά καθαρού άμορφου μονοξειδίου του πυριτίου, αναφέρθηκε τιμή pSiO = 0,001 atm.[11]Για σύστημα επικάλυψης, σε διεπιφάνεια ανάμεσα σε διοξείδιο του πυριτίου καιμια πυριτιούχα ένωση αναφέρθηκε η τιμή pSiO = 0,01 atm.[12]
Το διοξείδιο του πυριτίου μπορεί να αναχθούν σε μονοξείδιο του πυριτίου από υδρογόνο (H2) ή μονοξείδιο του άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες:
Καθώς το παραγώμενο μονοξείδιο του πυριτίου εξαερώνεται (και έτσι απομακρύνεται), οι παραπάνω αναφερόμενες χημικές ισορροπίες μετακινούνται προς τα δεξιά, οδηγώντας στην κατανάλωση του διοξειδίου του πυριτίου. Με βάση την εξάρτηση του ρυθμού της απώλειας βάρους διοξειδίου του πυριτίου επί του ρυθμού ροής του αερίου κάθετα προς τη διεπαφή, το ποσοστό της μείωσης αυτής φαίνεται να ελέγχεται από διάχυση συναγωγής και μεταφορά μάζας από την επιφάνεια αντίδρασης[13].
Τα μόρια μονοξειδίου του πυριτίου παγιδεύτηκαν σε μήτρα αργού ψυχώμενης μεήλιο. Το μήκος δεσμού Si-Ο καθορίστηκε μεταξύ 148,9 pm[3]και 151 pm[14], από μόρια μονοξειδίου του πυριτίου που απομονώθηκαν σε αργό. Αυτό το μήκος δεσμού είναι παρόμοιο μετο αντίστοιχο των διπλών δεσμών Si=Οστο μόριο τουδιοξειδίου του πυριτίου (O=Si=O), γεγονός που (φαίνεται να) δείχνει την απουσία τριπλού δεσμού, όπως στομονοξείδιο του άνθρακα (CO).[3] Ωστόσο, ο τριπλός δεσμός Si≡Ο υπολογίστηκε ότι έχει μήκος 150 pm καιενέργεια δεσμού 794 kJ/mol, δηλαδή έχει τιμές που επίσης είναι κοντά στα αντίστοιχα δεδομένα γιατο μονοξείδιο του πυριτίου.[14] Σημειώνεται, ακόμη, ότι αν θεωρηθεί ότι ο δεσμός Si-Οστο μονοξείδιο του πυριτίου είναι διπλός, τότε αποτελεί μια εξαίρεση στον κανόνα οκτάβας τουΛιούις (δηλαδή 8 ηλεκτρόνια ανά άτομοστην εξωτερική ηλεκτρονιακή στοιβάδα), ενώ αν θεωρηθεί ότι ο δεσμός αυτός είναι τριπλός, τότε ο κανόνας εφαρμώζεται. Παρά την ανωμαλία αυτή, παρατηρείται ότι το μονομερές μονοξείδιο του πυριτίου είναι βραχύβιο, ενώ είναι γνωστά ολιγομερή μόρια (SiO)n, όπου n = 2 - 5, έχοντας (μοριακές) δομές με κλειστούς δακτυλίους, στα οποία κάθε άτομο πυριτίου συνδέεται μέσω «γεφυρών» ατόμων οξυγόνου καιστα μόρια αυτά δεν υπάρχουν δεσμοί Si-Si. Το γεγονός αυτό δείχνει ότι η δομή Si=O, δηλαδή η δομή διπλού δεσμού με υποσθενές άτομο άνθρακα, είναι πιθανή γιατο μονομερές μονοξείδιο του άνθρακα.[3]
Με αντίδραση προσθήκης με ατομικό οξυγόνο, που παράγεται με εκκένωση μικροκυμάτων, παράγεται γραμμικό διοξείδιο του πυριτίου.[3]
Όταν άτομα μετάλλων, όπως νατρίου, αργιλίου, παλλαδίου, αργύρου, ακόμη καιχρυσού, συντοποθετούνται, σχηματίζονται τριατομικά μόρια, άλλοτε γραμμικά [AlSiO (οξυπυριτιούχο αργίλιιο) και PdSiO (οξυπυριτιούχο παλλάδιο)], άλλοτε μη γραμμικά [AgSiO (οξυπυριτιούχος άργυρος) και AuSiO (οξυπυριτιούχος χρυσός)], ακόμη και δομές δακτυλίου [NaSiO (οξυπυριτιούχο νάτριο)].[3]
Ο (Χένρυ Νόελ) Πότερ ανέφερε το μονοξείδιο του πυριτίου ως καστανοκίτρινο στερεό που αποτελεί θερμικόκαιηλεκτρικόμονωτή. Το στερεό αυτό καίγεται, παρουσία οξυγόνου, καιυδρολύεταιμε έκλυση υδρογόνου. Διαλύεται σε θερμά διαλύματα υδροξειδίων αλκαλιμετάλλωνκαιστουδροφθορικό οξύ. Παρόλο πουο Πότερ ανέφερε ότι η θερμότητα καύσης τουθα ήταν 200 - 800 cal υψηλότερα από ένα μείγμα (στοιχειακού) πυριτίου - διοξειδίου του πυριτίου σε χημική ιδορροπία, γεγονός πουθα αποτελούσε ένδειξη ότι το (αμφισβητούμενο) μονοξείδιο αποτελεί ξεχωριστή χημική ένωση,[3] πρόσφατες μικροσκοπικέςκαιφασματοσκοπικές μελέτες προτείνουν ότι το άμορφο στερεό μονοξείδιο του πυριτίου είναι ακριβέστερο να θεωρείται ανομοιογενές μείγμα άμορφου διοξειδίου του πυριτίου και άμορφου (στοιχειακού) πυριτίου, με κάποια χημική δεσμολογία στις διεπιφάνειες των φάσεων (στοιχειακού) πυριτίου και διοξειδίου του πυριτίου.[15][16]
↑"Handbook of Semiconductor Silicon Technology," W. C. O'Mara, R. B. Herring, L. P. Hunt, Noyes Publications (1990), p. 148
↑J. A. Nuth III, F. T. Ferguson, The Astrophysical Journal, 649, 1178-1183 (2006)
↑"High-Temperature Oxidation-Resistant Coatings ," National Academy of Sciences/National Academy of Engineering (1970), p. 40
↑Σημείωση: Τα στερεά υλικά, όπως το διοξείδιο του πυριτίου, αντιδρούν μόνο επιφανειακά.
↑ 14,014,1Inorganic Chemistry, Holleman-Wiberg, Academic Press (2001) p. 858.
↑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.
↑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.
