Wenn Kohlenmonoxid existieren kann, warum können wir dann kein Siliziummonoxid haben? Sowohl Kohlenstoff als auch Silizium gehören zur Gruppe 14 und haben ähnliche chemische Eigenschaften.
Antwort
Kurze Antwort: Dies ist zwar der Fall, aber instabil und schwer zuverlässig zu erkennen.
Lange Antwort.
Zunächst sollten wir uns die Struktur von Kohlendioxid und Siliziumdioxid ansehen. Es ist ziemlich leicht zu erkennen, dass Silizium polymeres Dioxid ohne Doppelbindungen bildet, während Kohlenstoff Moleküle mit zwei Doppelbindungen bildet Eine Anomalie, bei der Siliziumverbindungen mit Doppelbindungen $ \ ce {Si-E} $ erhalten werden, ist bestenfalls schwierig. Dies wird auf eine größere Atomgröße und diffusere $ p $ -Borbitale für Silizium zurückgeführt, wodurch die Bildung von Doppelbindungen unter den meisten Umständen ungünstig wird
Betrachten wir nun Kohlenmonoxid. Es ist ein Molekül mit einer Bindung, die der des Distickstoffmoleküls sehr ähnlich ist. Das Kohlenstoffatom hat eine formale negative Ladung und Sauerstoff hat eine formale positive Ladung. Aufgrund der hohen Elektronegativität von Sauerstoff wird die Elektronendichte jedoch in Richtung Sauerstoff zurückgezogen, so dass das resultierende Dipolmoment gering ist. Die Moleküle enthalten keine Doppel-, sondern Dreifachbindung, was die Bildung eines ähnlichen Moleküls für Silizium sehr ungünstig macht. Dennoch kann Siliziummonooxid in der Gasphase nachgewiesen werden.
Warum nun keine feste Phase mit der Zusammensetzung $ \ ce {SiO} $ gebildet wird, ist eine interessantere Frage. Leider sind solche Fragen nicht immer leicht zu beantworten, da Regeln zur Stöchiometrie fester Phasen häufig auf arkanen Konzepten von Atompackungen und Elektronenzahlen beruhen. Es ist durchaus möglich, dass eine solche Phase eines Tages unter einigen exotischen Bedingungen erhalten wird. Aus Gründen der Klarheit würde ich sterische Überlegungen verwenden. Das $ \ ce {Si-O-Si} $ -Fragment ist ungefähr linear, während das $ \ ce {Si} $ -Atom die tetraedrische Koordination begünstigt. Von hier aus können nur zwei einfache Phasen ohne baumelnde Bindungen gebildet werden, basierend auf der Diamantstruktur. Es handelt sich um Strukturen mit entweder $ \ ce {Si} $ – oder $ \ ce {SiO4} $ -Einheiten in den Strukturknoten. Es ist eine übermäßige Vereinfachung, da Siliziumdioxid viele eher esoterische Kristallstrukturen bildet, weil das $ \ ce {Si-O-Si} $ -Fragment nicht perfekt linear ist, aber meiner Meinung nach nahe genug ist.
Verlassen Sie sich bei der Vorhersage der Existenz kovalenter Verbindungen nicht auf Oxidationsstufen. Die Oxidationsstufe +2 für Silizium ist eine Sache. Sie existiert in $ \ ce {Si6Cl12} $ und nimmt eine ähnliche Struktur wie Cyclohexan an.
Kommentare
- Ein Feststoff mit der Zusammensetzung bildet sich gemäß en.wikipedia.org/wiki/Silicon_monoxide ist jedoch polymeres und nicht molekulares SiO.
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Da Ihre Frage eine Frage auf Schulebene ist Ich denke, die Antwort lautet wie folgt: Obwohl Kohlenstoff und Silizium in ihren Valenzorbitalen ähnliche Elektronenkonfigurationen aufweisen, ist Silizium eine Hülle höher als Kohlenstoff. Dadurch unterscheiden sich die Bindungsenergien. $ \ Ce {Si} $ hat nur eine Oxidationszahl von $ \ ce {+4} $, also muss es $ \ ce haben {2} $ Sauerstoff, um $ \ ce {SiO2} $ zu bilden. Kohlenstoff kann jedoch eine Oxidationszahl von $ \ ce {+4} $, $ \ ce {-4} $ und $ \ ce {2} $ haben, so dass er $ \ ce {CO} $ bilden kann.
In Wirklichkeit existiert $ \ ce {SiO} $ in der Natur. Siliziummonoxid ist die chemische Verbindung mit der Formel $ \ ce {SiO} $, bei der Silizium in der Oxidationsstufe $ \ ce {+2} $ vorliegt. In der Dampfphase ist es ein zweiatomiges Molekül. Wenn $ \ ce {SiO} $ Gas schnell abgekühlt wird, kondensiert es unter Bildung eines braun / schwarzen polymeren glasartigen Materials, $ \ ce {(SiO) _ {n}} $, das im Handel erhältlich ist und zum Abscheiden von Filmen von $ verwendet wird \ ce {SiO} $.
Kieselsäure selbst oder feuerfeste Materialien, die $ \ ce {SiO2} $ enthalten, können bei hohen Temperaturen mit $ \ ce {H2} $ oder $ \ ce {CO} $ reduziert werden.
$$ \ ce {SiO2 (s) + H2 (g) ⇌ SiO (g) + H2O (g)} $$
Wenn das $ \ ce {SiO} $ -Produkt gesammelt und entfernt wird verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts, was zu einem anhaltenden Verbrauch von $ \ ce {SiO2} $ führt.
Kommentare
- Ob das glasartige Material tatsächlich Siliziummonoxid ist, ist ein weit verbreitetes Problem. Siehe dieses Dokuments , um einen Einblick zu erhalten.
- Ich denke, dass SiO eine sehr reaktive Spezies ist und nur in einem Gas existiert Zustand unter " exotischen " Laborbedingungen auf der Erde.