Silaner

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 13. september 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Silaner
Generel
Chem. formel	SinH2n + 2 _ _ _
Kemiske egenskaber
Opløselighed
• i vand	tungt opløselig
Sikkerhed
NFPA 704	fire fire en
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.
Mediefiler på Wikimedia Commons

Silaner (siliciumhydrogener, siliciumhydrider) er forbindelser af silicium med hydrogen med den almene formel Si n H 2 n +2 .

Henter

Den mest almindelige metode til opnåelse er nedbrydning af metalsilicider med syrer . For eksempel magnesiumsilicid :

{\mathsf {Mg_{2}Si+4H^{+}\to 2Mg^{2+}+SiH_{4}\uparrow }}

Til syntese af monosilan anvendes nedbrydningen af triethoxysilan i nærværelse af natrium ved t = 80 ° C:

{\mathsf {4SiH(OC_{2}H_{5})_{3}{\xrightarrow[{80\ ^{\circ }C}]{Na))SiH_{4}+3Si(OC_{ 2}H_{5})_{4}}},

eller ved omsætning af lithiumaluminiumhydrid med siliciumtetrachlorid :

{\displaystyle {\mathsf {LiAlH_{4}+SiCl_{4}\til SiH_{4}+LiCl+AlCl_{3))))

Fysiske egenskaber

Silaner ligner kulbrinter i fysiske egenskaber . Monosilan SiH 4 og disilan Si 2 H 6 er farveløse gasser med en ubehagelig lugt, trisilan Si 3 H 8 er en farveløs, giftig, flygtig væske. De højere medlemmer af den homologe serie er faste stoffer. Silaner opløses i ethanol , benzin , organosilaner , CS 2 . Silaner, boraner og alkaner har en lignende struktur, men forskellige egenskaber.

Kemiske egenskaber

Silaner antændes i luft, Si 2 H 6 eksploderer ved kontakt med luft. Den mest termisk stabile er monosilan (Si–H bindingsenergi 364 kJ/mol).

Silaner er ekstremt nemme at oxidere. Monosilan kan antændes spontant i nærværelse af ilt . Afhængigt af reaktionsbetingelserne er oxidationsproduktet enten SiO 2 eller mellemstoffer:

{\mathsf {SiH_{4}+2O_{2}\to SiO_{2}+2H_{2}O)),\quad \Delta H_{298}^{\circ }=-1357~{\ tekst{kJ}}

Silaner er gode reduktionsmidler, de omdanner KMnO 4 til MnO 2 , Hg (II) til Hg (I), Fe (III) til Fe (II) osv. Silaner er stabile i neutrale og sure medier, men hydrolyseres let selv i nærværelse af de mindste spor af OH - ioner:

{\mathsf {SiH_{4}+4OH^{-}\to SiO_{4}^{4-}+4H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {SiH_{4}+2H_{2}O\til SiO_{2}+4H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {SiH_{4}+2NaOH+H_{2}O\til Na_{2}SiO_{3}+4H_{2}\uparrow ))

Reaktionen forløber kvantitativt og kan bruges til at kvantificere silanen. Under påvirkning af alkali er spaltningen af Si-Si-bindingen også mulig:

{\mathsf {Si_{2}H_{6}+6H_{2}O\til 3SiO_{2}+9H_{2}\uparrow }}

Silaner reagerer eksplosivt med halogener , og siliciumhalogenider dannes ved lave temperaturer.

Det kritiske punkt for monosilan nås ved ca. -4 °C og et tryk på 50 atm.

Forskelle fra alkaner

Da Si-Si- og Si-H-bindingerne er svagere end C-C- og C-H-bindingerne, adskiller silaner sig fra kulbrinter i deres lavere stabilitet og øgede reaktivitet. Densiteten, kogepunktet og smeltepunkterne for silaner er højere end for de tilsvarende kulbrinter.

Forskelle fra boraner

Homologiske serier og isomerisme

Homolog serie af silaner (første 10 led)
Monosilan	SiH4 _	SiH4 _
Disilan	SiH 3 - SiH 3	SiH2H6 _ _ _
Trisilane	SiH 3 - SiH 2 - SiH 3	Si3H8 _ _ _
Tetrasilan	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si4H10 _ _ _
Pentasilane	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si5H12 _ _ _
Hexasilan	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si6H 14 _ _
Heptasilan	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si7H16 _ _ _
Octasilane	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si8H18 _ _ _
Nonasilane	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si9H20 _ _ _
Decasilan	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si10H22 _ _ _

På grund af Si-Si-bindingens lave stabilitet falder silanernes stabilitet med en stigning i antallet af siliciumatomer i kæden. Derfor er den homologe serie af silaner begrænset til otte medlemmer: octasilan Si 8 H 18 er den højest kendte silan.

Ansøgning

Silicium af organisk syntese bruges i forskellige reaktioner (for at opnå værdifulde organosiliciumpolymerer osv.), som en kilde til rent silicium til den mikroelektroniske industri. Monosilan er meget udbredt i mikroelektronik og bruges i stigende grad til fremstilling af siliciumbaserede krystallinske og tyndfilms fotokonvertere, LCD-skærme , substrater og teknologiske lag af integrerede kredsløb. Grundlæggende produceres monosilan til den videre produktion af ultrarent polysilicium , på grund af det faktum, at denne metode har vist sig at være den mest økonomisk rentable. Silaner bruges også til at binde mellem en organisk matrix og et uorganisk fyldstof ( siliciumdioxid ) i kompositmaterialer: glasfiber , basalt , dentale materialer .

Produktion

Fra 2008 er verdensproduktionen af monosilan anslået til 24.000 tons.

3 virksomheder, der producerer den største mængde monosilan i verden:

REC Group (USA/Norge) >50% markedsandel
MEMC Electronic Materials (USA/Italien)
Evonik (tidligere Degussa ) (Tyskland)

Disse virksomheder producerer imidlertid monosilan til deres egen polysiliciumproduktion . Kun en lille del går på frit salg.

Hovedleverandører til markedet:

Litteratur

B. D. Stepin, A. A. Tsvetkov. Uorganisk kemi: En lærebog for specialiserede universiteter i kemisk og kemisk teknologi. - M. - ISBN 5-06-001740-0 .