Силаны

Силаны
Общие
Систематическое наименование	по хим. классификации
Химическая формула	SiH4
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	газообразное
Молярная масса	32.12 г/моль
Плотность	0.001342 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	−185 °C
Температура кипения	−112 °C
Температура разложения	500 °C
Тройная точка	? K (? °C), ? Па
Критическая точка	? K (? °C), ? Па
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)	число Дж/(моль·К)
Энтальпия образования (ст. усл.)	-1615 кДж/моль
Химические свойства
pKa	число
Растворимость в воде	нерастворимо г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	7803-62-5
SMILES	Хим. формула по SMILES

Силаны (кремневодороды, гидриды кремния) — соединения кремния с водородом общей формулы Si_nH_2n+2.

Физические свойства

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.

Свойства

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:

$\mathsf{SiH_4 + 2O_2 \rightarrow SiO_2 + 2H_2O}$ ΔH^o₂₉₈ = −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.

Моносилан разлагается при давлении более 50 атм.

Получение

Силаны обычно получают, разлагая кислотами силициды металлов (например, силицид магния):

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

Для синтеза моносилана используют разложение триэтоксисилана в присутствии Na, и нагревании (t=80 °C):

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

либо применяют реакцию:

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

Отличия от углеводородов

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.

Применение

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

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

3 компании, производящие основное количество моносилана в мире:

• REC Group (США/Норвегия) >50 % рынка
• MEMC Electronic Materials (США/Италия)
• Evonik (ранее Degussa) (Германия)

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

Основные поставщики на рынок:

• Air Liquide
• Mitsui Chemicals
• Sodiff

Литература

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

Ссылки

• Получение силана

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставив сноски, внести более точные указания на источники.