Silany

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 13. září 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Silany
Všeobecné
Chem. vzorec	Si n H 2 n +2
Chemické vlastnosti
Rozpustnost
• ve vodě	málo rozpustný
Bezpečnost
NFPA 704	čtyři čtyři jeden
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.
Mediální soubory na Wikimedia Commons

Silany (vodíky křemíku, hydridy křemíku) jsou sloučeniny křemíku s vodíkem obecného vzorce Si n H 2 n +2 .

Získání

Nejběžnějším způsobem získávání je rozklad silicidů kovů kyselinami . Například silicid hořčíku :

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

Pro syntézu monosilanu se využívá rozklad triethoxysilanu v přítomnosti sodíku při t = 80 °C:

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

nebo reakcí lithiumaluminiumhydridu s chloridem křemičitým :

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

Fyzikální vlastnosti

Silany mají podobné fyzikální vlastnosti jako uhlovodíky . Monosilan SiH 4 a disilan Si 2 H 6 jsou bezbarvé plyny nepříjemného zápachu, trisilan Si 3 H 8 je bezbarvá, jedovatá, těkavá kapalina. Vyššími členy homologní řady jsou pevné látky. Silany se rozpouštějí v ethanolu , benzínu , organosilanech , CS 2 . Silany, borany a alkany mají podobnou strukturu, ale odlišné vlastnosti.

Chemické vlastnosti

Silany se na vzduchu vznítí, Si 2 H 6 při kontaktu se vzduchem exploduje. Tepelně nejstabilnější je monosilan (vazebná energie Si–H 364 kJ/mol).

Silany se extrémně snadno oxidují. Monosilan se může v přítomnosti kyslíku spontánně vznítit . V závislosti na reakčních podmínkách je produktem oxidace buď SiO 2 nebo meziprodukty:

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

Silany jsou dobrá redukční činidla, přeměňují KMnO 4 na MnO 2 , Hg (II) na Hg (I), Fe (III) na Fe (II) atd. Silany jsou stabilní v neutrálním i kyselém prostředí, ale snadno se hydrolyzují i v přítomnosti sebemenších stop OH - iontů:

{\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 ))

Reakce probíhá kvantitativně a lze ji použít ke kvantifikaci silanu. Působením alkálie je také možné štěpení vazby Si–Si:

{\mathsf {Si_{2}H_{6}+6H_{2}O\to 3SiO_{2}+9H_{2}\uparrow }}

Silany výbušně reagují s halogeny a halogenidy křemíku vznikají při nízkých teplotách.

Kritického bodu monosilanu je dosaženo při přibližně -4 °C a tlaku 50 atm.

Rozdíly od alkanů

Protože jsou vazby Si–Si a Si–H slabší než vazby C–C a C–H, liší se silany od uhlovodíků nižší stabilitou a zvýšenou reaktivitou. Hustota, body varu a tání silanů jsou vyšší než u odpovídajících uhlovodíků.

Rozdíly od boranů

Homologické řady a izomerie

Homologní série silanů (prvních 10 členů)
Monosilan	SiH4 _	SiH4 _
Disilan	SiH 3 - SiH 3	SiH2H6 _ _ _
trisilan	SiH3 - SiH2 - SiH3 _	Si3H8 _ _ _
tetrasilan	SiH3 - SiH2 - SiH2 - SiH3 _	Si 4H 10 _
pentasilan	SiH3 - SiH2 - SiH2 - SiH2 - SiH3 _	Si 5 H 12
Hexasilan	SiH3 - SiH2 - SiH2 - SiH2 - SiH2 - SiH3 _	Si 6 H 14
heptasilan	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 3	Si 7 H 16
Octasilane	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 -SiH 3	Si 8 H 18
nonasilan	SiH 3 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 - SiH 2 -SiH 3	Si 9 H 20
Decasilan	SiH 3 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 2 - SiH 2 -SiH 2 -SiH 3	Si 10 H 22

Vzhledem k nízké stabilitě vazby Si–Si se stabilita silanů snižuje s nárůstem počtu atomů křemíku v řetězci. Proto je homologní řada silanů omezena na osm členů: oktasilan Si 8 H 18 je nejvyšší známý silan.

Aplikace

Křemík organické syntézy se používá v různých reakcích (získávání cenných organokřemičitých polymerů atd.), jako zdroj čistého křemíku pro mikroelektronický průmysl. Monosilan je široce používán v mikroelektronice a stále více se používá při výrobě krystalických a tenkovrstvých fotokonvertorů na bázi křemíku, LCD obrazovek , substrátů a technologických vrstev integrovaných obvodů. Monosilan se v zásadě vyrábí pro další výrobu ultračistého polysilikonu , protože tato metoda se ukázala jako ekonomicky nejvýhodnější. Silany se také používají ke spojení mezi organickou matricí a anorganickým plnivem ( oxid křemičitý ) v kompozitních materiálech: sklolaminát , čedič , dentální materiály .

Výroba

Od roku 2008 se světová produkce monosilanu odhaduje na 24 000 tun.

3 společnosti vyrábějící hlavní množství monosilanu na světě:

REC Group (USA/Norsko) >50% podíl na trhu
MEMC Electronic Materials (USA/Itálie)
Evonik (dříve Degussa ) (Německo)

Tyto společnosti však vyrábějí monosilan pro vlastní výrobu polysilikonu . Jen malá část jde do volného prodeje.

Hlavní dodavatelé na trh:

Literatura

B. D. Stepin, A. A. Cvetkov. Anorganická chemie: učebnice pro chemické a chemicko-technologické specializované vysoké školy. - M. - ISBN 5-06-001740-0 .

Odkazy

Získání oxidu křemičitého, silicidu hořečnatého a silanu

Silany