Jaká je hustota křemíku? 2,33 g/cm³ Vysvětleno

Když vidíte hodnotu hustoty křemíku 2,33 g/cm³, důležitou podmínkou je, že se vztahuje na pevný krystalický křemík blízký pokojové teplotě.

Pro průmyslovéprůmyslový křemík, toto číslo je užitečné pro pochopení samotného materiálu, ale neříká přímo, kolik místa zabere sáček, násypka nebo nádoba s volnými křemíkovými hrudkami.

Při pokojové teplotě má krystalický křemík hustotu přibližně:

Převod mezi dvěma společnými jednotkami je jednoduchý:

Malé rozdíly v publikovaných hodnotách mohou vyplývat z teploty, čistoty, krystalových vad nebo podmínek měření. Pro obecné inženýrské práce je standardní referenční pokojová teplota 2,33 g/cm³.

Hustota křemíku je určena jak jeho atomovou hmotností, tak způsobem uspořádání atomů křemíku v krystalu.

Křemík má atomovou hmotnost asi 28,09 g/mol a tvoří adiamantová krychlová krystalická strukturaza normálních podmínek.

V této struktuře je každý atom křemíku tetraedrálně vázán ke čtyřem sousedním atomům křemíku. Uspořádání je relativně otevřené ve srovnání s těsněji zabalenými strukturami, které se nacházejí v mnoha běžných kovech.

To pomáhá vysvětlit, proč má křemík, přestože má kovový-povrch, hustotu nižší než mnoho konstrukčních kovů.

Jak krystalová struktura určuje hustotu křemíku

U krystalického materiálu lze teoretickou hustotu vztáhnout k počtu atomů v krystalové buňce, atomové hmotnosti a jednotkovému -objemu buňky:

Pro krystalický křemík umístí diamantové krychlové uspořádání osm atomů křemíku do konvenční základní buňky. V kombinaci s atomovou hmotností křemíku a rozměry mřížky to dává známou hustotu blízkou 2,33 g/cm³ při pokojové teplotě.

Klíčovým bodem je, že hustota není určena pouze atomovou hmotností. Rozestupy a uspořádání atomů také záleží.

Ano. Hodnota 2,33 g/cm³ je referenční pokojová-teplota pro krystalický pevný křemík. Teplota, fáze a vnitřní struktura mohou změnit hustotu.

Jak teplota ovlivňuje hustotu křemíku?

Jak se pevný křemík zahřívá, jeho krystalová mřížka se rozšiřuje. Stejná hmota pak zaujímá o něco větší objem, takže hustota pevného křemíku obecně klesá s rostoucí teplotou.

U technických výpočtů, kde je teplota výrazně vyšší než pokojová teplota, může použití hodnoty pokojové{0}}teploty bez opravy způsobit chybu.

Jaká je hustota pevného vs roztaveného křemíku?

Křemík se při tavení chová jinak než většina běžných kovů.

Kapalný křemík blízko jeho bodu tání jehustší než pevný krystalický křemík. Hustota kapaliny je zhruba 2,5–2,6 g/cm³ v blízkosti oblasti tání, v závislosti na teplotě a podmínkách měření.

To znamená, že se křemík při tavení smršťuje a při tuhnutí roztahuje, což je opak chování, které lze pozorovat u mnoha běžných kovů.

Mění krystalický vs amorfní křemík hustotu?

Ano. Amorfní křemík nemá stejnou diamantovou kubickou krystalickou strukturu s dlouhým dosahem jako krystalický křemík.

Jeho hustota se proto může mírně lišit a je také více závislá na způsobu depozice, obsahu vodíku, pórovitosti a podmínkách zpracování.

Pro běžné výpočty hrudek křemíkového kovu se referenční hodnota 2,33 g/cm³ obvykle vztahuje spíše na krystalický elementární křemík než na tenký amorfní křemíkový film.

Mění nečistoty a defekty hustotu křemíku?

Mohou, i když účinek závisí na jejich množství a distribuci.

Industrial Silicon Metal není chemicky identický s ultra-vysoko{1}}čistým polovodičovým křemíkem. Komerční druhy obsahují kontrolovaná množství Fe, Al, Ca a dalších prvků.

Krystalové defekty, póry, vměstky a nečistoty mohou mírně změnit naměřenou hustotu. Pro většinu průmyslových diskusí jsou však tyto účinky mnohem menší než rozdíl mezi nimiskutečnou hustotu materiáluaobjemová hmotnost.

Toto rozlišení je zvláště důležité, když pracujete s průmyslovými hrudkami Silicon Metal.

Theskutečnou hustotou křemíkupopisuje hmotnost dělenou skutečným objemem samotného pevného křemíkového materiálu.

Theobjemová hustota hrudek křemíkového kovupopisuje hmotnost dělenou celkovým objemem, který zabírá volná hromada materiálu, včetně prázdných prostorů mezi jednotlivými hrudkami.

Protože volné hrudky křemíkového kovu nemohou vyplnit každou část nádoby, jejich objemová hustota musí být nižší než skutečná hustota materiálu 2,33 g/cm³.

Co řídí objemovou hustotu hrudek křemíkového kovu?

Objemová hmotnost není jedna pevná materiálová konstanta. Mění se s fyzickým stavem zásilky.

Mezi důležité proměnné patří:

• Velikost částic:Materiál 10–50 mm a 50–100 mm se nemusí nutně balit stejným způsobem.
• Distribuce velikostí:menší kusy mohou vyplnit některé prostory mezi většími hrudkami.
• Tvar hrudky:hranaté a nepravidelné kusy vytvářejí různé objemy dutin.
• Obsah pokut:pokuty mohou výrazně změnit chování při balení.
• Zhutnění a vibrace:přeprava nebo manipulace může umožnit usazení uvolněného materiálu.

Z tohoto důvodu nedoporučujeme počítat objem zásilky Silicon Metal za předpokladu, že každý metr krychlový obsahuje 2330 kg volných hrudek.

Pokud je skutečná objemová hustota důležitá pro konstrukci vašeho sila, vaku nebo násypky, měla by být měřena pro příslušnou třídu a distribuci velikosti částic.

Hustota křemíku se stává užitečnou, když je třeba přeměnit hmotu na objem nebo když kapacita zařízení závisí na prostoru obsazeném materiálem.

Hustota křemíku pro výpočty hmotnosti a objemu

Pro pevný silikonový kus:

Použití 2330 kg/m³ je vhodné, když počítáte teoretický objem samotného pevného krystalického křemíku.

Není automaticky vhodné pro volnou hromadu hrudek Silicon Metal.

Objemová hmotnost křemíku pro manipulaci a balení

Pro průmyslové balení, kapacitu násypky a manipulaci s materiálem je objemová hmotnost často praktičtější hodnotou.

Například dvě zásilky Silicon Metal se stejnou čistou hmotností mohou zabírat různé objemy, pokud jedna obsahuje širší distribuci velikosti částic- nebo více jemných částic.

To je důvod, proč kontrola velikosti částic a jemného podílu může mít význam nejen pro plnění pece, ale také pro chování při balení a skladování.

Specifikace hustoty křemíku a křemíkového kovu

Hustota je zřídka hlavním akceptačním parametrem pro běžný metalurgický křemíkový kov. Chemické složení a velikost částic jsou obvykle důležitější ve specifikaci nákupu.

Například jakosti jako 553, 441, 421, 3303 a 2202 se obecně odlišují primárně podle kontrolovaných úrovní nečistot spíše než podle velkých změn ve vnitřní hustotě křemíku.

Můžete si prohlédnout naše Srovnání Silicon Metal 553 vs 441 abyste viděli, jak se výběr jakosti řídí podle Fe, Al, Ca a aplikačních požadavků.

Další referenci na obchodní specifikaci naleznete v naší Specifikace Silicon Metal 421 .

Při naší práci na dodávce křemíkového kovu před odesláním potvrdíme požadovaný stupeň, chemické složení, velikost částic a šarži. Pokud je sypná hustota kritická pro vaše krmení, silo nebo balicí systém, měla by být definována jako samostatný fyzikální požadavek, místo aby se předpokládala z teoretické hustoty křemíku.