Силаны

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Силаны (кремневодороды, гидриды кремния) — соединения кремния с водородом общей формулы Si_nH_2n+2.

Получение

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

$𝖬{𝗀}_{\mathrm{𝟤}}𝖲𝗂\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}^{\mathsf{+}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖬{𝗀}^{\mathrm{𝟤}\mathsf{+}}\mathsf{+}𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }$

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

$\mathrm{𝟦}𝖲𝗂𝖧\mathsf{(}𝖮{𝖢}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\underset{80{}^{\circ }C}{\overset{Na}{\to }}𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖲𝗂\mathsf{(}𝖮{𝖢}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}},$

либо реакцией алюмогидрида лития с тетрахлоридом кремния:

$𝖫𝗂𝖠𝗅{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖲𝗂𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖫𝗂𝖢𝗅\mathsf{+}𝖠𝗅𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}$

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 аналогичную структуру, но разные свойства.

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

$𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮,\mathrm{\Delta }{H}_{298}^{\circ }=-1357\text{кДж}$

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:

$𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖮{𝖧}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }𝖲𝗂O_{\mathrm{𝟦}}^{\mathrm{𝟦}\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

$𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

$𝖲𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

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

$𝖲{𝗂}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟩}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

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

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

Гомологический ряд силанов (первые 10 членов)
Моносилан	SiHШаблон:Sub	SiHШаблон:Sub
Дисилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Трисилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Тетрасилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Пентасилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Гексасилан	SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Гептасилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Октасилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Нонасилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub
Декасилан	SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub— SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub—SiHШаблон:Sub	SiШаблон:SubHШаблон:Sub

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 SiШаблон:SubHШаблон:Sub является высшим известным силаном.

Применение

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

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

• Шаблон:Книга

Ссылки

• Получение диоксида кремния, силицида магния и силана

См. также

• Кремнийорганические соединения