Сила́ны (кремневодоро́ды, гидри́ды кре́мния) — бинарные насыщенные соединения кремния с водородом общей формулы SiH2+2.
Получение Наиболее распространённый способ получения — разложение кислотами силицидов металлов. Например, силицида магния:
Для синтеза моносилана используют разложение триэтоксисилана в присутствии натрия, при = 80 °C:
либо реакцией алюмогидрида лития с тетрахлоридом кремния:
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:
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:
Реакция протекает количественно и может использоваться для количественного определения силана. Под действием щёлочи возможно также расщепление связи Si−Si:
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.
Гомологический ряд и изомерия
Гомологический ряд силанов (первые 10 членов) Моносилан SiH SiH Дисилан SiH— SiH SiH Трисилан SiH— SiH— SiH SiH Тетрасилан SiH— SiH— SiH— SiH SiH Пентасилан SiH— SiH—SiH—SiH—SiH SiH Гексасилан SiH—SiH—SiH—SiH—SiH—SiH SiH Гептасилан SiH— SiH— SiH—SiH—SiH—SiH—SiH SiH Октасилан SiH— SiH— SiH—SiH—SiH—SiH—SiH—SiH SiH Нонасилан SiH— SiH—SiH—SiH—SiH—SiH—SiH—SiH—SiH SiH Декасилан SiH— SiH—SiH—SiH— SiH—SiH—SiH—SiH—SiH—SiH SiH
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 SiH является высшим известным силаном.
Кроме линейных цепочек, существуют (как и для алканов) разнообразные разветвлённые изомеры. Например, формулу Si6H14, кроме гексасилана, имеют его изомеры, 2-силилпентасилан и 3-силилпентасилан. У пентасилана SiH известны изомеры 2-силилтетрасилан и 2,2-дисилилтрисилан. У тетрасилана SiH есть изомер 2-силилтрисилан (изотетрасилан).
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: Air Liquide Mitsui Chemicals Sodiff.
Литература
Ссылки
Получение диоксида кремния, силицида магния и силана
См. также Кремнийорганические соединения
Категория:Гидриды