Силаны

Силаны
Силаны
Общие
Хим. формула	SinH2n+2
Химические свойства
	Растворимость
• в воде	малорастворимы
Безопасность
NFPA 704	4 4 1
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
	Медиафайлы на Викискладе

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

Получение править

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

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

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

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

либо реакцией алюмогидрида лития с тетрахлоридом кремния:

{\mathsf {LiAlH_{4}+SiCl_{4}\to SiH_{4}+LiCl+AlCl_{3}}}

Физические свойства править

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 аналогичную структуру, но разные свойства.

Химические свойства править

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 может самовозгораться. В зависимости от условий реакции, продуктом окисления является либо SiO₂, либо промежуточные вещества:

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

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

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

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

{\mathsf {Si_{2}H_{6}+4H_{2}O\to 2SiO_{2}+7H_{2}\uparrow }}

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

Критическая точка моносилана достигается примерно при −4 °C и давлении 50 атм.

Отличия от алканов править

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 и изомерия править

Гомологический ряд силанов (первые 10 членов)
Моносилан	SiH₄	SiH₄
Дисилан	SiH₃— SiH₃	Si₂H₆
Трисилан	SiH₃— SiH₂— SiH₃	Si₃H₈
Тетрасилан	SiH₃— SiH₂— SiH₂— SiH₃	Si₄H₁₀
Пентасилан	SiH₃— SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₃	Si₅H₁₂
Гексасилан	SiH₃—SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₃	Si₆H₁₄
Гептасилан	SiH₃— SiH₂— SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₃	Si₇H₁₆
Октасилан	SiH₃— SiH₂— SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₂—SiH₃	Si₈H₁₈
Нонасилан	SiH₃— SiH₂—SiH₂—SiH₂— SiH₂—SiH₂—SiH₂— SiH₂—SiH₃	Si₉H₂₀
Декасилан	SiH₃— SiH₂—SiH₂—SiH₂— SiH₂—SiH₂—SiH₂— SiH₂—SiH₂—SiH₃	Si₁₀H₂₂

В связи с малой устойчивостью связи Si−Si с увеличением числа атомов кремния в цепи устойчивость силанов падает. Поэтому гомологический ряд силанов ограничен восемью членами: октасилан Si₈H₁₈ является высшим известным силаном.

Применение править

Применяют в различных реакциях кремнийорганического синтеза (получение ценных кремнийорганических полимеров и др.), как источник чистого кремния для микроэлектронной промышленности. Моносилан широко используется в микроэлектронике и получает всё большее применение при изготовлении кристаллических и тонкоплёночных фотопреобразователей на основе кремния, ЖК-экранов, подложек и технологических слоёв 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 материалах: стеклопластики, базальтопластики, стоматологические материалы.

Производство править

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:

Литература править

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

Ссылки править

Получение диоксида кремния, силицида магния и силана

См. также править

Кремнийорганические соединения

Силаны
Общие
Хим. формула	Si_nH_2n+2
Химические свойства
Растворимость
• в воде	малорастворимы
Безопасность
NFPA 704	4 4 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе