Силани

Силани ( кремневодороди, гідриди кремнію) - сполуки кремнію з воднем загальної формули Si _n H _{2n +2.}

1. Фізичні властивості

По фізичних властивостях силани схожі з вуглеводнями. Моносилан SiH ₄ і дісілан Si ₂ Н ₆ є безбарвними газами з неприємним запахом, трісілан Si ₃ Н ₈ - безбарвна, отруйна, летюча рідина. Вищі члени гомологічного ряду - тверді речовини. Силани розчиняються в етанолі, бензині, органосіланах, CS _2. Силани, борани і алкани мають однакові формули, але різні властивості.

2. Властивості

Силани спалахують на повітрі, Si ₂ Н ₆ вибухає при контакті з повітрям. Найбільш термічно стійким є моносилан (енергія зв'язку Si-H 364 кДж / моль)

Силани надзвичайно легко окислюються. Моносилан в присутності кисню окислюється зі спалахом навіть при температурі рідкого повітря. В залежності від умов реакції, продуктом окислення є або SiO _2, або промежут. в-ва:

SiH ₄ (г) + 2O ₂ → SiO ₂ + 2H ₂ ^O ΔH ^o ₂₉₈ = -1357 кДж

Силани є хорошими восстановителями, вони переводять КМnО ₄ в MnO _2, Hg (II) в Hg (I), Fe (III) в Fe (II) і т. д. Силани стійкі в нейтральному і кислому середовищах, але легко гідролізуються навіть у присутності найменших слідів ОН ^- іонів:

SiH ₄ + 4ОН ^- → SiO _{⁴ 4} ^- + 4Н ₂ ↑

SiH ₄ + 2Н ₂ О → SiO ₂ + 4Н ₂ ↑

SiH ₄ + 2NaOH + Н ₂ О → Na ₂ SiO ₃ + 4Н ₂ ↑

Реакція протікає кількісно і може використовуватися для кількісного визначення силану. Під дією лугу можливо також розщеплення зв'язку Si-Si:

H ₃ Si-SiH _{2-SiH 3} + 6H ₂ O → 3SiO ₂ + 10H ₂

З галогенами силани реагують з вибухом, при низьких температурaх утворюються галогеніди кремнію. Моносилан розкладається при тиску понад 50 атм.

3. Отримання

Силани зазвичай отримують, розкладаючи кислотами силіциди металів (наприклад, силицид магнію):

Mg ₂ Si + 4H ⁺ → 2Mg ^{2 +} + SiH ₄ ↑

Для синтезу моносилан використовують розкладання тріетоксісілана в присутності Na, і нагріванні (t = 80 C):

4SiH (OC ₂ H _{5) 3} → SiH ₄ ↑ + 3Si (OC ₂ H _{5) 4}

або застосовують реакцію:

Li [AlH _4] + SiCl ₄ → SiH ₄ ↑ + LiCl ↓ + AlCl ₃

4. Відмінності від вуглеводнів

Оскільки зв'язку Si-Si та Si-H слабкіше зв'язків CC і CH, силани відрізняються від вуглеводнів меншою стійкістю і підвищеною реакционноспособна. Щільність, температури кипіння і плавлення сіланів вище, ніж у відповідних вуглеводнів.

5. Застосування

Застосовують у різних реакціях органічного синтезу (отримання цінних кремнійорганічних полімерів та ін), як джерело чистого кремнію для мікроелектронної промисловості. Моносилан широко використовується в мікроелектроніці і отримує все більше застосування при виготовленні кристалічних і тонкоплівкових фотоперетворювачів на основі кремнію, РК-екранів, підкладок і технологічних шарів інтегральних схем. В основному моносилан проводиться для подальшого отримання надчистого полікремнію, зважаючи на те, що цей метод себе зарекомендував як найбільш економічно доцільний. Також силани використовують для зв'язку між органічною матрицею і неорганічним наповнювачем ( діоксидом кремнію) в композиційних стоматологічних матеріалах.

6. Виробництво

За даними на 2008 рік, світове виробництво моносилан оцінюється в 24000 тонн.

3 компанії, що виробляють основну кількість моносилан в світі:

• REC Group (США / Норвегія)> 50% ринку
• MEMC Electronic Materials (США / Італія)
• Evonik (раніше Degussa) (Німеччина)

Однак ці компанії виробляють моносилан для власного виробництва полікремнію. Лише невелика частина потрапляє у вільний продаж.

Основні постачальники на ринок:

• Air Liquide
• Mitsui Chemicals
• Sodiff

Література

• Б. Д. Стьопін, А. А. Цвєтков Неорганічна хімія: Підручник для хімічних і хіміко-технологічних спеціальних вузів - М .. - ISBN 5-06-001740-0.