Хлорид кремния(IV)

Шаблон:Другие значения 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}} 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.

Получение

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.

$2\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{i}{\phantom{A}}_2+15\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{t}}{\to }2\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+4\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+4\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4\uparrow$

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 ℃:

$\mathrm{S}\mathrm{i}+2\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{t}}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4\uparrow$

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

Химические свойства

Гидролиз и схожие реакции

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

$x\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+y\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶x\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\cdot (y\text{-}\mathrm{z})\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+z\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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 CClШаблон:Sub (четырёххлористый углерод) не подвергается гидролизу в аналогичных условиях.

Со спиртами реагирует с образованием тетраалкилоксисиланов:

$\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{R}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{S}\mathrm{i}(\mathrm{O}\mathrm{R}){\phantom{A}}_4+4\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Образование хлорангидридов поликремния

При достаточно высоких температурах образуются гомологи тетрахлорида кремния:

$2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+\mathrm{S}\mathrm{i}⟶\mathrm{S}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_8$

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

Электрофильное замещение

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

$\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{R}\mathrm{L}\mathrm{i}⟶\mathrm{R}{\phantom{A}}_4\mathrm{S}\mathrm{i}+4\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Восстановление алкилсилана гидридами приводит к образованию моносилана:

$\mathrm{R}{\phantom{A}}_4\mathrm{S}\mathrm{i}+4\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}\mathrm{X}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{X}\mathrm{R}$

Применение

Тетрахлорид кремния используется в качестве промежуточного продукта при производстве поликристаллического кремния (поликремния) и сверхчистого кремния, поскольку он имеет температуру кипения, удобную для высокой очистки путём многократной фракционной перегонки. После перегонки его обычно восстанавливают сначала до трихлорсилана (HSiClШаблон:Sub) газообразным водородом (гидрирование) или непосредственно используют в процессе Сименса, либо дополнительно восстанавливают до силана (SiHШаблон:Sub) 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

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.