Русская Википедия:Силаны
Шаблон:Вещество Силаны (кремневодороды, гидриды кремния) — соединения кремния с водородом общей формулы SinH2n+2.
Получение
Наиболее распространённый способ получения — разложение кислотами силицидов металлов. Например, силицида магния:
- <math>\mathsf{Mg_2Si + 4H^+ \to 2Mg^{2+} + SiH_4\uparrow}</math>
Для синтеза моносилана используют разложение триэтоксисилана в присутствии натрия, при t = 80 °C:
- <math>\mathsf{4SiH(OC_2H_5)_3 \xrightarrow[80\ ^\circ C]{Na} SiH_4 + 3Si(OC_2H_5)_4},</math>
либо реакцией алюмогидрида лития с тетрахлоридом кремния:
- <math>\mathsf{LiAlH_4 + SiCl_4 \to SiH_4 + LiCl + AlCl_3}</math>
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:
- <math>\mathsf{SiH_4 + 2O_2 \to SiO_2 + 2H_2O}, \quad \Delta H^\circ_{298} = -1357~\text{кДж}</math>
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:
- <math>\mathsf{SiH_4 + 4OH^- \to SiO_4^{4-} + 4H_2\uparrow}</math>
- <math>\mathsf{SiH_4 + 2H_2O \to SiO_2 + 4H_2\uparrow}</math>
- <math>\mathsf{SiH_4 + 2NaOH + H_2O \to Na_2SiO_3 + 4H_2\uparrow}</math>
Реакция протекает количественно и может использоваться для количественного определения силана. Под действием щёлочи возможно также расщепление связи Si−Si:
- <math>\mathsf{Si_2H_6 + 4H_2O \to 2SiO_2 + 7H_2\uparrow}</math>
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.
Отличия от боранов
Гомологический ряд и изомерия
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:
Литература
Ссылки
См. также
