Als koolmonoxide kan bestaan, waarom kunnen we dan “geen siliciummonoxide hebben? Zowel koolstof als silicium behoren tot groep 14 en hebben vergelijkbare chemische eigenschappen.
Antwoord
Kort antwoord: wel, maar onstabiel en moeilijk betrouwbaar te detecteren.
Lang antwoord.
Allereerst moeten we kijken naar de structuur van kooldioxide en siliciumdioxide. Het is vrij gemakkelijk te zien dat silicium polymeerdioxide vormt zonder dubbele bindingen, terwijl koolstof moleculen vormt met twee dubbele bindingen. Het is niet een anomalie, het verkrijgen van siliciumverbindingen met dubbele bindingen $ \ ce {Si-E} $ is op zijn best lastig. Dit wordt toegeschreven aan een grotere atoomgrootte en meer diffuse $ p $ -orbitalen voor silicium, waardoor de vorming van dubbele bindingen in de meeste omstandigheden ongunstig wordt .
Laten we nu eens kijken naar koolmonoxide. Het is een molecuul met een binding die erg lijkt op dat in distikstofmolecuul. Het koolstofatoom heeft een formele negatieve lading en zuurstof heeft een formele positieve lading. Vanwege de hoge elektronegativiteit van zuurstof wordt de elektronendichtheid echter teruggetrokken naar zuurstof, dus het resulterende dipoolmoment is kleiner. De moleculen bevatten geen dubbele, maar drievoudige binding, waardoor de vorming van een vergelijkbaar molecuul voor silicium zeer ongunstig is. Toch kan siliciummonooxide in gasfase worden gedetecteerd.
Nu, waarom solide fase met compositie $ \ ce {SiO} $ niet wordt gevormd, is een interessantere vraag. Helaas zijn dergelijke vragen niet altijd eenvoudig te beantwoorden, aangezien regels die de stoichiometrie van vaste fasen bewaken vaak gebaseerd zijn op geheimzinnige concepten van atoompakkingen en elektronentelling. Het is heel goed mogelijk dat een dergelijke fase op een dag in sommige exotische omstandigheden wordt bereikt. Voor de duidelijkheid zou ik sterische overwegingen gebruiken. Het $ \ ce {Si-O-Si} $ -fragment is ongeveer lineair, terwijl het $ \ ce {Si} $ -atoom de tetraëdrische coördinatie bevordert. Vanaf hier kunnen slechts twee eenvoudige fasen zonder bungelende verbindingen worden gevormd, gebaseerd op de diamantstructuur. Het zijn structuren met ofwel $ \ ce {Si} $ of $ \ ce {SiO4} $ eenheden in de structuurknooppunten. Het IS een te grote vereenvoudiging, aangezien siliciumdioxide veel nogal esoterische kristalstructuren vormt, omdat het $ \ ce {Si-O-Si} $ -fragment niet perfect lineair is, maar naar mijn mening dichtbij genoeg is.
Vertrouw niet op oxidatietoestanden bij het voorspellen van het bestaan van covalente verbindingen, +2 oxidatietoestand voor silicium is iets. Het bestaat in $ \ ce {Si6Cl12} $, met een structuur die vergelijkbaar is met cyclohexaan.
Opmerkingen
- Een vaste stof met de samenstelling vormt zich volgens en.wikipedia.org/wiki/Silicon_monoxide . is echter polymeer en niet moleculair SiO.
Antwoord
Aangezien uw vraag een vraag op schoolniveau is , Denk ik dat het antwoord als volgt is: Hoewel koolstof en silicium vergelijkbare elektronenconfiguraties hebben in hun valentie-orbitalen, is silicium één schaal hoger dan koolstof. Dat maakt de bindingsenergieën anders. $ \ Ce {Si} $ heeft alleen een oxidatiegetal van $ \ ce {+4} $, dus het moet $ \ ce hebben {2} $ zuurstofatomen om $ \ ce {SiO2} $ te vormen. Koolstof kan echter een oxidatiegetal hebben van $ \ ce {+4} $, $ \ ce {-4} $ en $ \ ce {2} $, dus het kan $ \ ce {CO} $ vormen.
In werkelijkheid bestaat $ \ ce {SiO} $ in de natuur. Siliciummonoxide is de chemische verbinding met de formule $ \ ce {SiO} $ waarin silicium aanwezig is in de oxidatietoestand $ \ ce {+2} $. In de dampfase is het een diatomisch molecuul. Wanneer $ \ ce {SiO} $ gas snel wordt afgekoeld, condenseert het tot een bruin / zwart polymeer glasachtig materiaal, $ \ ce {(SiO) _ {n}} $, dat in de handel verkrijgbaar is en wordt gebruikt om films van $ \ ce {SiO} $.
Silica zelf, of vuurvaste materialen die $ \ ce {SiO2} $ bevatten, kunnen bij hoge temperaturen worden verminderd met $ \ ce {H2} $ of $ \ ce {CO} $,
$$ \ ce {SiO2 (s) + H2 (g) ⇌ SiO (g) + H2O (g)} $$
Aangezien het $ \ ce {SiO} $ -product wordt verzameld en verwijderd verschuift het evenwicht naar rechts, wat resulteert in het voortdurende verbruik van $ \ ce {SiO2} $.
Opmerkingen
- Of het glasachtige materiaal daadwerkelijk siliciummonoxide is, is een veel omstreden kwestie. Zie dit artikel om inzicht te krijgen.
- De kern is volgens mij dat SiO een zeer reactieve soort is en alleen echt bestaat in een gasvormig staat onder " exotische " laboratoriumomstandigheden op aarde.