Силан реакция с водой

Силаны

Силаны
Общие
Систематическое наименование	по хим. классификации
Химическая формула	SiH4
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	газообразное
Молярная масса	32.12 г/моль
Плотность	0.001342 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	−185 °C
Температура кипения	−112 °C
Температура разложения	500 °C
Тройная точка	? K (? °C), ? Па
Критическая точка	? K (? °C), ? Па
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)	число Дж/(моль·К)
Энтальпия образования (ст. усл.)	-1615 кДж/моль
Химические свойства
pKa	число
Растворимость в воде	нерастворимо г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	7803-62-5
SMILES	Хим. формула по SMILES

Силаны (кремневодороды, гидриды кремния) — соединения кремния с водородом общей формулы Si_nH_2n+2.

Содержание

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 одинаковые формулы, но разные свойства.

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 окисляется со вспышкой даже при температуре жидкого воздуха. В зависимости от условий реакции, продуктом окисления является либо SiO₂, либо промежуточные вещества:

ΔH o ₂₉₈ = −1357 кДж

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 щелочи возможно также расщепление связи Si—Si:

С галогенами силаны реагируют со взрывом, при низких температурaх образуются галогениды кремния.

Моносилан разлагается при давлении более 50 атм.

Получение

Силаны обычно получают, разлагая кислотами силициды металлов (например, силицид магния):

Для синтеза моносилана используют разложение триэтоксисилана в присутствии Na, и нагревании (t=80 °C):

либо применяют реакцию:

Отличия от углеводородов

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.

Применение

Применяют в различных реакциях органического синтеза (получение ценных кремнийорганических полимеров и др.), как источник чистого кремния для микроэлектронной промышленности. Моносилан широко используется в микроэлектронике и получает все большее применение при изготовлении кристаллических и тонкопленочных фотопреобразователей на основе кремния, ЖК-экранов, подложек и технологических слоев 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 стоматологических материалах.

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.

Источник

Соединения кремния

Силан (моносилан, гидрид кремния)

Способы получения силана

• Разложение силицида магния соляной кислотой – наиболее распространенный способ получения силана:

• Восстановление галогенидов кремния алюмогидридом лития:

• Разложение триэтоксисилана при нагревании до 80ºС в присутствии натрия:

Химические свойства силана

Силаны (кремневодороды) имеют общую формулу Si_nH_2n+2, где n = 1-8. Цепи -Si-Si- неустойчивы.

Моносилан SiH₄ – бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом.

• Окисляется кислородом даже при невысоких температурах. На воздухе он самовоспламеняется (часто со взрывом) с образованием SiO₂ и H₂O:

• Силан с легкостью гидролизуетсяводой и особенно легко щелочами:

• При нагревании разлагается:

Диоксид кремния (кремнезем)

Нахождение в природе кремнезема

Диоксид кремния имеет атомную кристаллическую решетку. Существует в виде кристаллической (горный хрусталь, аметист, агат, яшма), аморфной (опал) и стеклообразной (кварцевое стекло) форм

Химические свойства кремнезема

Диоксид кремния — кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства

• Практически не растворяется в воде и органических растворителях.

• Взаимодействует с растворами и расплавами щелочей, образуя силикаты:

• Реагирует с основными оксидами:

• Вытесняет углекислый газ при сплавлении с карбонатами щелочных металлов:

• Из всех кислот вступает в реакцию только с плавиковой кислотой, с образованием кремнийфтористоводородной кислоты:

• С газообразным фтороводородом взаимодействует при 250-400ºС с образованием тетрафторсилана:

• Взаимодействует с активнымиметаллами при температуре выше 1000 °С с образованием кремния:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

При избытке восстановителя образуются силициды:

• Взаимодействует с неметаллами – с водородом в жестких условиях, с углеродом:

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

• При сплавлении реагирует с фосфатом кальция и углем:

Кремниевые кислоты и силикаты

Кремниевые кислоты – nSiO₂ · mH₂O

Кремниевые кислоты — соединения общей формулы nSiO₂ · mH₂O. Это очень слабые, малорастворимые в воде соединения, легко образующие коллоидные растворы.

Существуют ортокремниевая кислота – H₄SiO₄

Метакремниевая (кремниевая) кислота – H₂SiO₃

Ди – и поликремниевые кислоты

Способы получения кремниевых кислот

• Действие сильных кислот на растворы силикатов щелочных металлов:

• Гидролиз хлорсиланов:

Химические свойства кремниевых кислот

• кремниевая кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

• При нагревании кремниевая кислота дегидратируется с образованием оксида и воды:

Силикаты – соли кремниевой кислоты

Большинство силикатов нерастворимо в воде. Растворимыми являются силикаты натрия и калия, растворы которых называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов

• Взаимодействие кремния, кремниевой кислоты или диоксида кремния с щелочью:

• Реакция с основными оксидами:

• Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

Химические свойства силикатов

• Силикаты в водных растворах сильно гидролизованы (среда щелочная):

• Взаимодействие с растворимыми солями:

• При пропускании СО₂ через растворы силикатов происходит выпадение гелеобразного осадка кремневой кислоты:

Источник

Силан. Свойства силана.

Силан (кремнийводород), Si_nH_2n+2, где n = 1 -8. Они являются аналогами предельных углеводородов, с очень неустойчивой связью –Si—Si-.

Плотность больше, чем у углеводородов, поэтому температуры плавления и кипения увеличиваются большим скачком, чем у углеводородов.

Моносилан (SiC₄) и дисилан (Si₂H₆) – бесцветные газы с неприятным запахом, очень ядовиты. Моносилан более устойчив, чем дисилан, разлагается при 500 °С без участия катализатора, и при 300°С — с ним.

Смешиваются с органическими растворителями (спирт, бензин). Они очень легко окисляются, с n ≥ 3 ­ со взрывом. SiH₄ окисляется со вспышкой. Очень неустойчивы, с Hal₂ взрываются; с галогенводородами пролучаются галогениды кремния, в качестве катализатора используют хлорид алюминия или бромид алюминия и 100-200° С):

При нагревании свыше 400°С в бескислородной среде SiH₄ распадается:

А на воздухе самовоспламеняется:

При взаимодействии с водой разлагаются:

Получение силана.

Основным способом получения силана является воздействие соляной кислоты:

Источник

Химические свойства силана

Термические превращения Моносилан является наиболее устойчивым из силанов. Он начинает заметно разлагаться на кремний и водород при температуре -380 С . Выше 500 С разложение идет с очень большой скоростью. Водород, образующийся по реакции, тормозит разложение; но реакция не прекращается . SiH4 = SiH2 + H2 SiH2 = Si + H2 При температурах 300 С и выше силан частично превращается в дисилан и трисилан .. Моносилан воспламеняется на воздухе даже при -180 С. Чистый силан можно смешать в определенном соотношении с воздухом или кислородом при температуре 523 К и атмосферном давлении без взрыва, если эти смеси лежат за пределами верхнего и нижнего пределов воспламенения. При других условиях, особенно в присутствии высших силанов, наблюдается самовоспламенение или взрыв.

В процессе сгорания моносилана в зависимости от количества кислорода и температуры получаются SiO, Si02, производные кремниевой кислоты. Взаимодействие с водой Впервые взаимодействие силана с водой и водными растворами кислот и щелочей было изучено в работах .Чистая вода в кварцевых сосудах не разлагает силан, но малейшие следы щелочи (достаточно щелочи, извлекаемой водой из стекла) ускоряют разложение. Гидролиз протекает весьма быстро и приводит к отщеплению всего водорода, связанного с кремнием: SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2 SiH4 + 2NaOH + Н20 =Na2Si03 + 4Н2 Гидролиз силана катализируется также и кислотами, но не так энергично, как щелочами. Следы влаги в сочетании с достаточно активными поверхностями (например, баллонов для хранения силана) реагируют с избытком моносилана практически полностью с образованием силоксанов и водорода по уравнению : 2SiH4+H20 = (H3Si)20+2H2 Взаимодействие с галогенами, галогенпроизводными и некоторыми другими веществами.

Галогены реагируют с силаном очень энергично, со взрывом. При низких температурах реакцию можно проводить с регулируемой скоростью. Хлористый водород при атмосферном давлении в отсутствии катализаторов не реагирует с силаном даже при повышенной температуре. В присутствии катализаторов, например, хлорида алюминия, реакция гладко протекает уже при комнатной температуре и приводит к образованию хлорзамещенных силанов . SiH4 + HCl = SiH3Cl + H2

SiH4 + 2НС1 = SiH2Cl2 + H2 и т.д. С фосфином силан реагирует при температуре выше 400 С с образованием SiH3PH2 и малых количеств SiH2(PH2)2, PH(SiH3)2 и Si2P, аналогичные производные получены и с арсином . Взаимодействие с органическими соединениями.

С предельными углеводородами силан не взаимодействует до 600 С . Олефины, например этилен, присоединяются к силану при 460-510 С и атмосферном давлении . Основными продуктами реакции являются моно- и диалкилсиланы. При 100 С реакция идет только под давлением. При обычных условиях взаимодействие наблюдается при облучении ультрафиолетовым светом. В результате термического взаимодействия ацетилена с силаном образуется немного винилсилана, но главным продуктом реакции является этинилдивинилсилан . В результате фотохимической реакции получается, главным образом, винил силан .

В настоящее время в литературе описаны десятки способов получения моносилана. Не все из них нашли промышленное развитие. К промышленным методам получения силана относятся: 1. Разложение силицидов металлов. 2. Восстановление галогенидов кремния гидридами металлов. 3. Каталитическое диспропорционирование триалкоксисилана. 4. Каталитическое диспропорционирование трихлорсилана. Разложение силицидов металлов Для получения силана по реакции разложения силицидов металлов, наиболее подходящим исходным сырьём является силицид магния . Уравнение реакции данного метода получения силана выглядит следующим образом: Mg2Si + 4Н20 = SiH4 + 2Mg(OH)2 Суммарный выход силанов по кремнию, содержащемуся в силициде, составляет 25-30 %. Из них по данным [10,16, 30] 37 % — Sibi,; 30 % — Si2H6; 15 % — Si3H8 и 10 % — Si io; остальные — жидкие силаны Si5Hi2 и Si6H14, а также твердые состава (SiHi, . При взаимодействии силицида магния с бромидом аммония в среде жидкого аммиака , выход силанов повышается до 70-80 % (SiH4 — 97,2 % и Si2H6-2,8%): Mg2Si + 4NH4Br = 2MgBr2 + SiH4 + 4NH3 . В силане, указано присутствие более 20 примесных веществ, среди которых гомологи силана до Si8Hi8, лёгкие углеводороды, аммиак, бензол, толуол, хлористый водород. Восстановление галогенидов кремния гидридами металлов . Этот способ является удобным, так как реакция идёт при обычных температурах и атмосферном давлении и почти с количественным выходом. Полученный силан не загрязнён примесью высших силанов.

Гидриды кремния, так называемые силаны, образуют гомологический ряд, аналогичный ряду насыщенных алифатических углеводородов, но отличающийся неустойчивостью полисилановых цепей -Si-Si-. Силан SiН4 — наиболее устойчивый первый представитель всего гомологического ряда; только при температуре красного каления он разлагается на кремний и водород. Дисилан Si2H6 разлагается при нагревании выше 3000 на силан и твердый полимер; гексасилан Si6H14, являющийся наивысшим известным членом гомологического ряда, медленно разлагается уже при нормальной температуре. Все силаны обладают характерным запахом и сильно ядовиты.

Основной схемой их получения является взаимодействие Mg2Si с соляной кислотой. Фракционированием образующейся смеси могут быть получены соответствующие кремневодороды. Существуют и другие методы получения силанов. Например, восстановлением галоидсиланов гидридом лития или алюмогидридом лития, а также восстановлением галоидсиланов водородом в присутствии АIСl3

SiН 3 СI + H2->SiН4 + HCI. В противоположность очень инертным углеводородам силаны являются чрезвычайно реакционноспособными соединениями. Важным свойством, которым силаны отличаются от углеводородов, является легкость гидролиза связи Si-H в присутствии щелочных катализаторов. Гидролиз протекает весьма быстро, и этот процесс можно изобразить следующим образом:

SiH4 + 2H2О→SiО2 + 4Н2

SiH4 + 2NaOH + H2О→Nа2SiOз + 4Н2.

При каталитическом действии щелочи на высшие силаны происходит разрыв связи Si-Si

Н3Si-SiН3 + 6H2О→3SiО2 + 10H2.

Со свободными галоидами они реагируют аналогично углеводородам, последовательно обменивая на галоид один атом водорода за другим. С галоидводородами в присутствии катализатора (АIСl3) идет подобная же, но не имеющая себе аналогичной в химии углеводорода, реакция обмена водорода на галоид

SiН4 + HCI→H2 + SiН3СI.

Трихлорсилан SiН3СI может быть получен прямым синтезом из Si и HCI при повышенной температуре.

С концентрированной серной кислотой силаны не реагируют.

Соединения с его участием применяются для защиты металла.

Моносилан — бинарное неорганическое соединение кремния и водорода с формулой SiH4, бесцветный газ с неприятным запахом, самовоспламеняется на воздухе, реагирует с водой, ядовит

Источник