Силаны

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Силаны
Общие
Хим. формула SinH2n+2
Химические свойства
Растворимость в воде нерастворимы
Безопасность
NFPA 704
NFPA 704.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Силаны (кремневодороды, гидриды кремния) — соединения кремния с водородом общей формулы SinH2n+2.

Получение[править | править вики-текст]

Наиболее распространенный способ получения — разложение кислотами силицидов металлов. Например, силицида магния:

\mathsf{Mg_2Si + 4H^+ \rightarrow 2Mg^{2+} + SiH_4\uparrow}

Для синтеза моносилана используют разложение триэтоксисилана в присутствии натрия, при t=80 °C:

\mathsf{4SiH(OC_2H_5)_3 \xrightarrow[80^oC]{Na} SiH_4 + 3Si(OC_2H_5)_4},

либо реакцией алюмогидрида лития с тетрахлоридом кремния:

\mathsf{LiAlH_4 + SiCl_4 \rightarrow SiH_4 + LiCl + AlCl_3}

Физические свойства[править | править вики-текст]

По физическим свойствам силаны сходны с углеводородами. Моносилан SiH4 и дисилан Si2Н6 являются бесцветными газами с неприятным запахом, трисилан Si3Н8 — бесцветная, ядовитая, летучая жидкость. Высшие члены гомологического ряда — твёрдые вещества. Силаны растворяются в этаноле, бензине, органосиланах, CS2. Силаны, бораны и алканы имеют одинаковые формулы, но разные свойства.

Химические свойства[править | править вики-текст]

Силаны воспламеняются на воздухе, Si2Н6 взрывается при контакте с воздухом. Наиболее термически устойчивым является моносилан (энергия связи Si—H 364 кДж/моль)

Силаны чрезвычайно легко окисляются. Моносилан в присутствии кислорода окисляется со вспышкой даже при температуре жидкого воздуха. В зависимости от условий реакции, продуктом окисления является либо SiO2, либо промежуточные вещества:

\mathsf{SiH_4 + 2O_2 \rightarrow SiO_2 + 2H_2O} ΔHo298 = −1357 кДж

Силаны являются хорошими восстановителями, они переводят КМnО4 в MnO2, Hg(II) в Hg(I), Fe(III) в Fe(II) и т. д. Силаны устойчивы в нейтральной и кислой средах, но легко гидролизуются даже в присутствии малейших следов ОН-ионов:

\mathsf{SiH_4 + 4OH^- \rightarrow SiO_4^{4-} + 4H_2\uparrow}
\mathsf{SiH_4 + 2H_2O \rightarrow SiO_2 + 4H_2\uparrow}
\mathsf{SiH_4 + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 4H_2\uparrow}

Реакция протекает количественно и может использоваться для количественного определения силана. Под действием щелочи возможно также расщепление связи Si—Si:

\mathsf{Si_2H_6 + 6H_2O \rightarrow 3SiO_2 + 9H_2\uparrow}

С галогенами силаны реагируют со взрывом, при низких температурaх образуются галогениды кремния.

Критическая точка моносилана достигается примерно при -4 С и давлении 50 атм.

Отличия от алканов[править | править вики-текст]

Поскольку связи Si—Si и Si—H слабее связей C—C и C—H, силаны отличаются от углеводородов меньшей устойчивостью и повышенной реакционноспособностью. Плотность, температуры кипения и плавления силанов выше, чем у соответствующих углеводородов.

Гомологический ряд[править | править вики-текст]

Применение[править | править вики-текст]

Применяют в различных реакциях органического синтеза (получение ценных кремнийорганических полимеров и др.), как источник чистого кремния для микроэлектронной промышленности. Моносилан широко используется в микроэлектронике и получает все большее применение при изготовлении кристаллических и тонкопленочных фотопреобразователей на основе кремния, ЖК-экранов, подложек и технологических слоев интегральных схем. В основном моносилан производится для дальнейшего получения сверхчистого поликремния, ввиду того, что этот метод себя зарекомендовал как наиболее экономически целесообразный. Также силаны используют для связи между органической матрицей и неорганическим наполнителем (диоксидом кремния) в композиционных стоматологических материалах.

Производство[править | править вики-текст]

По данным на 2008 год, мировое производство моносилана оценивается в 24000 тонн.

3 компании, производящие основное количество моносилана в мире:

Однако эти компании производят моносилан для собственного производства поликремния. Лишь небольшая часть попадает в свободную продажу.

Основные поставщики на рынок:

Литература[править | править вики-текст]

  • Б. Д. Степин, А. А. Цветков Неорганическая химия: Учебник для химических и химико-технологических специальных вузов. — М.. — ISBN 5-06-001740-0.

Ссылки[править | править вики-текст]