Silaanit

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 13.9.2021 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Silaanit
Kenraali
Chem. kaava	Si n H2 n +2 _
Kemiallisia ominaisuuksia
Liukoisuus
• vedessä	niukkaliukoinen
Turvallisuus
NFPA 704	neljä neljä yksi
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Silaanit (piivetyt, piihydridit) ovat piin ja vedyn yhdisteitä, joilla on yleinen kaava Si n H 2 n +2 .

Haetaan

Yleisin valmistusmenetelmä on metallisilikidien hajottaminen hapoilla . Esimerkiksi magnesiumsiliki :

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

Monosilaanin synteesiin käytetään trietoksisilaanin hajottamista natriumin läsnä ollessa , t = 80 °C:ssa:

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

tai litiumalumiinihydridin reaktiolla piitetrakloridin kanssa :

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

Fysikaaliset ominaisuudet

Silaanit ovat fysikaalisesti samanlaisia kuin hiilivedyt . Monosilaani SiH 4 ja disilaani Si 2 H 6 ovat värittömiä kaasuja, joilla on epämiellyttävä haju, trisilaani Si 3 H 8 on väritön, myrkyllinen, haihtuva neste. Homologisen sarjan korkeammat jäsenet ovat kiinteitä aineita. Silaanit liukenevat etanoliin , bensiiniin , organosilaaneihin , CS 2 :een . Silaaneilla, boraaneilla ja alkaaneilla on samanlainen rakenne, mutta erilaiset ominaisuudet.

Kemialliset ominaisuudet

Silaanit syttyvät ilmassa, Si 2 H 6 räjähtää joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa. Termisesti stabiilin on monosilaani (Si–H-sitoutumisenergia 364 kJ/mol).

Silaanit ovat erittäin helppoja hapettaa. Monosilaani voi syttyä itsestään hapen läsnä ollessa. Reaktio-olosuhteista riippuen hapettumistuotteena on joko SiO 2 tai väliaineita:

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

Silaanit ovat hyviä pelkistäviä aineita, ne muuttavat KMnO 4 :n MnO 2 :ksi , Hg (II) Hg:ksi (I), Fe (III) Fe (II) jne. Silaanit ovat stabiileja neutraaleissa ja happamissa väliaineissa, mutta hydrolysoituvat helposti jopa pienimpien OH - ionien jäämien läsnä ollessa:

{\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 ))

Reaktio etenee kvantitatiivisesti ja sitä voidaan käyttää silaanin kvantifiointiin. Alkalin vaikutuksesta Si–Si-sidoksen halkeaminen on myös mahdollista:

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

Silaanit reagoivat räjähdysmäisesti halogeenien kanssa , ja piihalogenideja muodostuu matalissa lämpötiloissa.

Monosilaanin kriittinen piste saavutetaan noin -4 °C:ssa ja 50 atm:n paineessa.

Erot alkaaneista

Koska Si–Si- ja Si–H-sidokset ovat heikompia kuin C–C- ja C–H-sidokset, silaanit eroavat hiilivedyistä heikomman stabiilisuutensa ja lisääntyneen reaktiivisuutensa vuoksi. Silaanien tiheys, kiehumis- ja sulamispisteet ovat korkeammat kuin vastaavien hiilivetyjen.

Erot boraaneista

Homologiset sarjat ja isomeria

Homologinen silaanisarja (10 ensimmäistä termiä)
Monosilaani	SiH4_ _	SiH4_ _
Disilan	SiH 3 - SiH 3	SiH2H6 _ _ _
Trisilane	SiH 3 - SiH 2 - SiH 3	Si 3 H 8
Tetrasilaani	SiH 3 - SiH 2 - SiH 2 - SiH 3	Si 4 H 10
Pentasilane	SiH3 - SiH2 - SiH2 - SiH2 - SiH3 _	Si 5 H 12
Heksasilaani	SiH3 - SiH2 - SiH2 - SiH2 - SiH2 - SiH3 _	Si 6 H 14
Heptasilaani	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
Nonasilane	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

Si–Si-sidoksen alhaisesta stabiilisuudesta johtuen silaanien stabiilisuus heikkenee piiatomien määrän kasvaessa ketjussa. Siksi silaanien homologinen sarja on rajoitettu kahdeksaan jäseneen: oktasilaani Si8H18 on korkein tunnettu silaani .

Sovellus

Orgaanisen synteesin piitä käytetään erilaisissa reaktioissa (arvokkaiden organopiipolymeerien saamiseksi jne.) puhtaan piin lähteenä mikroelektroniikkateollisuudelle. Monosilaania käytetään laajalti mikroelektroniikassa, ja sitä käytetään yhä enemmän piipohjaisten kiteisten ja ohutkalvovalomuuntimien, LCD-näyttöjen , substraattien ja integroitujen piirien teknisten kerrosten valmistuksessa. Pohjimmiltaan monosilaania valmistetaan ultrapuhtaan polypiin jatkotuotantoon , koska tämä menetelmä on osoittautunut taloudellisesti kannattavimmaksi. Silaaneja käytetään myös orgaanisen matriisin ja epäorgaanisen täyteaineen ( piidioksidin ) väliseen sitoutumiseen komposiittimateriaaleissa: lasikuidussa , basaltissa , hammaslääketieteellisissä materiaaleissa .

Tuotanto

Vuodesta 2008 lähtien maailman monosilaanin tuotannon arvioidaan olevan 24 000 tonnia.

3 yritystä, jotka valmistavat suurimman määrän monosilaania maailmassa:

REC Group (USA/Norja) >50 % markkinaosuus
MEMC Electronic Materials (USA/Italia)
Evonik (entinen Degussa ) (Saksa)

Nämä yritykset kuitenkin tuottavat monosilaania omaan polypiin tuotantoaan . Vain pieni osa menee ilmaismyyntiin.

Päätoimittajat markkinoille:

Kirjallisuus

B. D. Stepin, A. A. Tsvetkov. Epäorgaaninen kemia: Oppikirja kemian ja kemian teknologiaan erikoistuneille yliopistoille. - M. - ISBN 5-06-001740-0 .

Linkit

Piidioksidin, magnesiumsilikin ja silaanin saaminen

Silaanit