Хлорид кремния(IV)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Хлорид кремния​(IV)​
Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели
Общие
Систематическое
наименование
тетрахлорид кремния
Традиционные названия четырёххлористый кремний
Хим. формула SiCl4
Внешний вид прозрачная летучая жидкость, дымящая на влажном воздухе
Физические свойства
Состояние жидкость
Примеси

Si2Cl6

При контакте с атмосферным воздухом: HCl, nSiO2·mH2O
Молярная масса 169,90 г/моль
Плотность 1,483 г/см3 (при 20 ℃)
Поверхностное натяжение 1,971·10−2 Н/м
Энергия ионизации 11,79 эВ[1]
Скорость звука в веществе 766,2 м/с
Термические свойства
Температура
 • плавления −68,74 °C
 • кипения +57,65 °C
Критическая точка  
 • температура +233 °C
 • давление 3,75 МПа
Мол. теплоёмк. 90,4 Дж/(моль·К)
Теплопроводность 0,099 ± 0,001 Вт/(м·K)[2]
Энтальпия
 • образования −687,8 кДж/моль
 • плавления 7,71 кДж/моль
 • кипения 28,62 кДж/моль
Давление пара 25,9 кПа (при 20 ℃)
Химические свойства
Растворимость
 • в воде гидролизуется
 • в жидком хлоре 40,45 г/100 мл (при 0 ℃)
 • в бензоле неограниченно растворим
 • в хлороформе неограниченно растворим
Диэлектрическая проницаемость 2,4
Оптические свойства
Показатель преломления 1,412 (при 20 ℃)
Структура
Координационная геометрия 4
Кристаллическая структура тетрагональная
Дипольный момент 0 (при 20 ℃)
Классификация
Рег. номер CAS 10026-04-7
PubChem
Рег. номер EINECS 233-054-0
SMILES
InChI
RTECS VW0525000
Номер ООН 1818
ChemSpider
Безопасность
NFPA 704
NFPA 704 four-colored diamondОгнеопасность 0: Негорючее веществоОпасность для здоровья 3: Кратковременное воздействие может привести к серьёзным временным или умеренным остаточным последствиям (например, хлор, серная кислота)Реакционноспособность 2: Подвергается серьёзным химическим изменениям при повышенной температуре и давлении, бурно реагирует с водой или может образовывать взрывчатые смеси с водой (например, фосфор, калий, натрий)Специальный код W: Реагирует с водой необычным или опасным образом (например, цезий, натрий, рубидий)
0
3
2
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Хлори́д кре́мния(IV) (тетрахлори́д кре́мния, четырёххло́ристый кре́мний, тетрахлорсила́н) — бинарное неорганическое соединение кремния и хлора с формулой SiCl4, один из хлоридов кремния. При стандартных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость, дымящуюся на влажном воздухе. Соединение используется для производства кремния и диоксида кремния с высокой степенью чистоты для коммерческого применения.

Тетрахлорид кремния обычно получают хлорированием различных соединений кремния, таких как ферросилиций, карбид кремния или смеси диоксида кремния и углерода. Способ получения из ферросилиция является наиболее распространённым в промышленности[3].

Поскольку тетрахлорид кремния достаточно летучий, он легко отделяется при высокой температуре от смеси хлоридов железа.

В лаборатории тетрахлорид кремния можно получить, пропуская хлор над чистым размельчённым кремнием при температуре свыше 600 ℃:

Именно таким способом его впервые получил Якоб Берцелиус в 1823 году[4]. Однако в данном процессе также образуются гомологичные соединения, такие как Si3Cl8 (октахлортрисилан) и Si2Cl6 (гексахлордисилан) и другие, которые можно разделить с помощью фракционной перегонки.

Химические свойства

[править | править код]

Гидролиз и схожие реакции

[править | править код]

Тетрахлорид кремния очень бурно реагирует с водой с выделением большого количества тепла, поэтому даже при контакте со слегка влажным воздухом наблюдается дымление:

Выделяющиеся пары концентрированной соляной кислоты обладают коррозионными свойствами и сильно раздражают кожу и дыхательные пути, а выделяющиеся гидраты оксида кремния(IV) в виде аэрозоля создают задымление.

Примечательно, что гомологичное углеродистое соединение CCl4 (четырёххлористый углерод) не подвергается гидролизу в аналогичных условиях.

Со спиртами реагирует с образованием тетраалкилоксисиланов:

Образование хлорангидридов поликремния

[править | править код]

При достаточно высоких температурах образуются гомологи тетрахлорида кремния:

Фактически само хлорирование кремния сопровождается образованием гексахлордисилана Si2Cl6 и других производных. Ряд соединений, содержащих до шести атомов кремния в цепи, можно выделить из образующейся смеси с помощью фракционной перегонки.

Электрофильное замещение

[править | править код]

Тетрахлорид кремния является классическим электрофильным соединением. Он образует различные кремнийорганические соединения при реакции с реактивами Гриньяра и другими литийорганическими соединениями:

Восстановление алкилсилана гидридами приводит к образованию моносилана:

Применение

[править | править код]

Тетрахлорид кремния используется в качестве промежуточного продукта при производстве поликристаллического кремния (поликремния) и сверхчистого кремния[3], поскольку он имеет температуру кипения, удобную для высокой очистки путём многократной фракционной перегонки. После перегонки его обычно восстанавливают сначала до трихлорсилана (HSiCl3) газообразным водородом (гидрирование) или непосредственно используют в процессе Сименса, либо дополнительно восстанавливают до силана (SiH4) и вводят в реактор с псевдоожиженным слоем.

Получаемый таким способом поликремний в больших количествах используется в фотоэлектронной промышленности в качестве пластин для обычных солнечных элементов, изготовленных из кристаллического кремния, а также в полупроводниковой промышленности.

Тетрахлорид кремния также можно использовать для получения коллоидного диоксида кремния. С этой целью тетрахлорид кремния высокой чистоты используется при производстве оптических волокон для оптоволоконных кабелей. В таком случае тетрахлорид кремния не должен содержать водородсодержащих примесей, таких как трихлорсилан. Оптические волокна изготавливаются в таких процессах, где тетрахлорид кремния окисляется до чистого оксида кремния(IV) под действием кислорода.

Тетрахлорид кремния используют в качестве сырья для изготовления кварцевого стекла.

Опасность и токсичность

[править | править код]

Хотя сам четырёххлористый кремний является негорючим и термически стойким веществом, он чрезвычайно бурно реагирует с водой с образованием опасных высококонцентрированных паров соляной кислоты. Поэтому пары четырёххлористого кремния очень сильно раздражают верхние дыхательные пути и слизистые оболочки.

ПДК в рабочей зоне — 1 мг/м³; ЛД50 на крысах (ингаляция) — 102 мг/кг. В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 тетрахлорид кремния относится ко II классу опасности.

Примечания

[править | править код]
  1. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbookCRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
  2. CRC Handbook of Chemistry and Physics (англ.) / David R. Lide, Jr. — 78 — United States of America: CRC Press, 1997. — P. 6—203. — ISBN 978-0-8493-0478-1
  3. 1 2 Walter Simmler. Silicon Compounds, Inorganic (англ.) // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry / Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. — Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2000-06-15. — ISBN 978-3-527-30673-2. — doi:10.1002/14356007.a24_001.. Архивировано 30 октября 2022 года.
  4. Jöns Jakob Berzelius [Йёнс Якоб Берцелиус]. Undersökning af flusspatssyran och dess märkvärdigaste föreningar [Исследование плавиковой кислоты и её наиболее важных соединений]. — Stockholm [Стокгольм]: Kongliga Vetenskapsakademiens Nya Handlingar [Новые труды Королевской академии наук], 1824. — С. 57—58. — 509 с. Архивировано 24 апреля 2023 года.