일산화 규소

3. 제법

이산화 규소와 탄소나 탄화 규소를 고온에서 반응시켜 일산화 규소를 얻을 수 있다.^[32]

일산화 규소(SiO) 형성에 대한 최초의 정확한 보고는 1887년 케이스 응용과학대학교(Case School of Applied Science)의 클리블랜드(Cleveland)에서 화학자 찰스 F. 메이베리(Charles F. Maybery, 1850~1927)에 의해 이루어졌다.^[5] 메이베리는 전기로에서 금속이 없는 상태로 숯을 이용하여 이산화 규소를 환원시키면 무정형의 연한 황록색 물질이 유리 광택을 띠면서 생성된다고 주장했다.^[6] 이 물질은 항상 숯과 이산화 규소 입자의 계면에서 발견되었다.

메이베리는 이 물질의 일부 화학적 성질, 비중 및 연소 분석을 조사하여 이 물질이 SiO임을 추론했다. 이산화 규소의 탄소를 이용한 부분적 화학적 환원을 나타내는 방정식은 다음과 같다.

:SiO₂ + C ⇌ SiO + CO

이산화 규소를 탄소의 두 배 양으로 완전히 환원시키면 원소 상태의 규소와 두 배 양의 일산화탄소가 생성된다. 1890년, 독일 화학자 클레멘스 빙클러(Clemens Winkler, 게르마늄 발견자)는 연소로에서 이산화 규소를 규소와 가열하여 SiO를 합성하려는 최초의 시도를 했다.^[7]

:SiO₂ + Si ⇌ 2SiO

그러나 빙클러는 혼합물의 온도가 약 1000 °C에 불과했기 때문에 일산화 규소를 생성할 수 없었다. 이 실험은 1905년 웨스팅하우스 전기(1886)(Westinghouse Electric (1886))의 엔지니어인 헨리 노엘 포터(Henry Noel Potter, 1869~1942)에 의해 반복되었다. 포터는 전기로를 사용하여 1700 °C의 온도를 얻고 SiO의 생성을 관찰했다.^[5] 포터는 또한 SiO의 고체 형태의 특성과 응용 분야를 조사했다.^[8][9]

이산화 규소를 규소와 함께 가열하면 기체인 일산화 규소가 생성된다.^[25]

:SiO₂ + Si → 2SiO

원료인 이산화 규소는 광석이나 광물에서 분리된다.

또한, 이산화 규소를 수소 분자나 일산화 탄소로 고온에서 환원시켜도 일산화 규소가 생성된다.^[28]

:SiO₂ + H₂ → SiO + H₂O

일산화 규소는 다음과 같이 곧바로 불균화한다.^[25]

:2SiO → SiO₂ + Si

4. 분자 구조 및 결합

일산화 규소 분자는 헬륨으로 냉각된 아르곤 매트릭스에 포획되었다. 이러한 조건에서 SiO 결합 길이는 148.9 pm^[3]와 151 pm^[16] 사이이다. 이 결합 길이는 매트릭스에 분리된 선형 분자 SiO|2^영어 (O=Si=O)에서 Si=O 이중 결합(148 pm)의 길이와 유사하며, 일산화 탄소와 같은 삼중 결합은 관측되지 않는다.^[3] 그러나 계산된 SiO 삼중 결합의 결합 길이는 150 pm이고 결합 에너지는 794 kJ/mol로, 실제 SiO에 대해 보고된 값과 매우 가깝다.^[16] 이산화 탄소의 공식적인 이중 결합(116 pm) 또한 일산화 탄소의 삼중 결합 길이(112.8 pm)와 가깝다는 점을 고려할 때, 관찰된 SiO의 결합 길이는 이원자 분자에서 적어도 어느 정도의 삼중 결합 특성과 일치한다고 볼 수 있다. 주목할 만하게 SiO 이중 결합 구조는 가벼운 주족 원소로 구성된 분자에 대한 루이스의 옥텟 규칙의 예외이다. 반면 SiO 삼중 결합은 이 규칙을 만족한다. 그러한 이상 현상에도 불구하고, 단량체 SiO는 수명이 짧고 n = 2, 3, 4, 5인 (SiO)_'n' 올리고머가 알려져 있으며,^[17] 이들은 모두 규소 원자가 산소 원자를 통해 연결된 닫힌 고리 구조(즉, 각 산소 원자는 두 개의 규소 원자에 단일 결합됨; Si-Si 결합 없음)를 가진다는 관찰은 저원자가 규소 원자를 가진 Si=O 이중 결합 구조가 단량체에 대해 가능성이 높음을 시사한다.^[3]

아르곤 매트릭스에서 불소, 염소 또는 이황화 탄소(COS)와 함께 분자 SiO를 응축한 다음 빛을 조사하면 평면 분자 OSiF|2^영어 (Si-O 거리 148 pm)와 OSiCl|2^영어 (Si-O 149 pm) 및 선형 분자 OSiS^영어 (Si-O 149 pm, Si-S 190 pm)가 생성된다.^[3]

매트릭스에 분리된 분자 SiO는 마이크로파 방전에 의해 생성된 산소 원자와 반응하여 선형 구조를 갖는 분자 SiO|2^영어를 생성한다.

Na, Al, Pd, Ag 및 Au과 같은 금속 원자가 SiO와 함께 공동 증착되면 선형(AlSiO 및 PdSiO), 비선형(AgSiO 및 AuSiO) 및 고리(NaSiO) 구조를 갖는 삼원자 분자가 생성된다.^[3]

5. 역사

케이스 응용과학대학교(Case School of Applied Science)의 클리블랜드(Cleveland)에서 화학자 찰스 F. 메이베리(Charles F. Maybery, 1850~1927)는 1887년에 일산화 규소(SiO) 형성에 대한 최초의 정확한 보고를 했다.^[5] 메이베리는 전기로에서 금속이 없는 상태로 숯을 이용하여 이산화 규소를 환원시키면 무정형의 연한 황록색 물질이 유리 광택을 띠면서 생성된다고 주장했다.^[6] 이 물질은 항상 숯과 이산화 규소 입자의 계면에서 발견되었다.

메이베리는 이 물질의 일부 화학적 성질, 비중 및 연소 분석을 조사하여 이 물질이 SiO임을 추론했다. 이산화 규소(SiO₂)를 탄소(C)를 이용해 부분적으로 화학적 환원시키면 일산화 규소(SiO)와 일산화탄소(CO)가 생성되는 반응식은 다음과 같다.

:SiO₂ + C ⇌ SiO + CO

이산화 규소를 탄소의 두 배 양으로 완전히 환원시키면 원소 상태의 규소와 두 배 양의 일산화탄소가 생성된다. 1890년, 독일 화학자 클레멘스 빙클러(Clemens Winkler, 게르마늄 발견자)는 연소로에서 이산화 규소를 규소와 가열하여 SiO를 합성하려는 최초의 시도를 했다.^[7]

:SiO₂ + Si ⇌ 2 SiO

그러나 빙클러는 혼합물의 온도가 약 1000 °C에 불과했기 때문에 일산화 규소를 생성할 수 없었다. 이 실험은 1905년 웨스팅하우스 전기(1886)(Westinghouse Electric (1886))의 엔지니어인 헨리 노엘 포터(Henry Noel Potter, 1869~1942)에 의해 반복되었다. 포터는 전기로를 사용하여 1700 °C의 온도를 얻고 SiO의 생성을 관찰했다.^[5] 포터는 또한 SiO의 고체 형태의 특성과 응용 분야를 조사했다.^[8][9]

6. 존재

성간 일산화 규소(SiO)는 1971년 거대 분자운 Sgr B2에서 처음으로 검출된 이후 보고되었다.^[22] 원시별 유출에서 충격파가 지나간 기체의 분자 추적자로 사용된다.^[23]

6. 1. 고체 (중합체) 형태

6. 2. 성간 물질

참조

_[1] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press/De Gruyter
_[2] 논문 A survey of SiO 5 → 4 emission towards outflows from massive young stellar objects
_[3] 서적 Silicon chemistry: from the atom to extended systems Wiley-VCH
_[4] 논문 Disproportionation and Vaporization of Solid Silicon Monoxide Wiley
_[5] 서적 A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry Longmans, Green and Co.
_[6] 간행물
_[7] 간행물
_[8] 특허 U.S. Patent 182,082 1905-07-26
_[9] 서적 Electrochemical and Metallurgical Industry, Vol. 5 https://books.google[...]
_[10] 서적 Handbook of Semiconductor Silicon Technology Noyes Publications
_[11] 논문 Silicates Do Nucleate in Oxygen-rich Circumstellar Outflows: New Vapor Pressure Data for SiO
_[12] 보고서 High-Temperature Oxidation-Resistant Coatings National Academy of Sciences/National Academy of Engineering
_[13] 서적 Refractories handbook CRC Press
_[14] 논문 Kinetics of the Hydrogen Reduction of Silica Incorporating the Effect of Gas-Volume Change upon Reaction Wiley
_[15] 논문 The kinetics of silica reduction in hydrogen Elsevier BV
_[16] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
_[17] 논문 Comparative study of flame-based SiO2 nanoparticle synthesis from TMS and HMDSO: SiO-LIF concentration measurement and detailed simulation 2019-01-01
_[18] 서적 A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry Longmans, Green and Co.
_[19] 논문 Some comments on so-called silicon monoxide
_[20] 논문 TEM investigation on the structure of amorphous silicon monoxide
_[21] 논문 Crystallization and phase separation mechanism of silicon oxide thin films fabricated via e-beam evaporation of silicon monoxide
_[22] 논문 Discovery of Interstellar Silicon Monoxide 1971
_[23] 논문 SIO Emission as a Tracer of Shocked Gas in Molecular Outflows http://adsabs.harvar[...] 1992-02-01
_[24] 논문 The NBS tables of chemical thermodynamics properties
_[25] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
_[26] 논문 A survey of SiO 5 -> 4 emission towards outflows from massive young stellar objects
_[27] 서적 Silicon chemistry: from the atom to extended systems Wiley-VCH
_[28] 서적 Refractories handbook CRC Press
_[29] 논문 Some comments on so-called silicon monoxide
_[30] 논문 TEM investigation on the structure of amorphous silicon monoxide
_[31] 웹인용 일산화 규소 MSDS http://msds.chem.ox.[...] 2008-06-07
_[32] 서적 일산화규소 세화