silan - Silane

Bu makale, kimyasal formülü SiH 4 olan bileşik hakkındadır . Diğer ikili silikon hidritler için, bkz. İkili silikon-hidrojen bileşikleri .
silan
Silanın stereo yapısal formülü
Silanın boşluk doldurma modeli
İsimler
IUPAC adı
silan
Diğer isimler
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
chebi
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 100.029.331 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
273
RTECS numarası
ÜNİİ
BM numarası 2203
  • InChI=1S/SiH4/h1H4 KontrolY
    Anahtar: BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/SiH4/h1H4
    Anahtar: BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYAE
  • [SiH4]
Özellikler
H 4 Si
Molar kütle 32.117  g·mol -1
Dış görünüş renksiz gaz
Koku itici
Yoğunluk 1.313  g/L
Erime noktası −185 °C (−301,0 °F; 88,1 K)
Kaynama noktası -111.9 °C (−169.4 °F; 161.2 K)
Yavaş tepki verir
Buhar basıncı >1  atm (20 °C)
Eşlenik asit Silanyum (bazen silonyum olarak yazılır)
Yapı
Dörtyüzlü
r(Si-H) = 1.4798  Å
0 D 
Termokimya
42,81  J/mol·K
Std molar
entropi ( S o 298 )
204.61  J/mol·K
Std
oluşum entalpisi (Δ f H ⦵ 298 )
34.31  kJ/mol
56,91  kJ/mol
Tehlikeler
Ana tehlikeler Son derece yanıcı, havada piroforik
Güvenlik Bilgi Formu ICSC 0564
NFPA 704 (ateş elması)
2
4
3
Alevlenme noktası Uygulanamaz, piroforik gaz
~ 18 °C (64 °F; 291 K)
Patlayıcı limitler 1.37-100%
NIOSH (ABD sağlığa maruz kalma sınırları):
PEL (İzin Verilebilir )
 Hiçbiri
REL (Önerilen)
 TWA 5  ppm (7  mg/m 3 )
IDLH (Acil tehlike)
 ND
Bağıntılı bileşikler
İlgili tetrahidrit bileşikleri
 Metan
Germane
Stannane
Plumbane
Bağıntılı bileşikler
 Fenilsilan
Vinilsilan
Disilan
Trisilan
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
KontrolY doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Silan , dört eki olan bir merkezi silikon atomunun bir molekülüdür. Ekler, organik veya inorganik grupların herhangi bir kombinasyonu olabilir. Bir örnek silan tetrahidrit bir bir inorganik bileşik ile kimyasal formül , Si , H 4 oa yapım grubu 14 hidrid . Asetik aside biraz benzeyen keskin, itici bir kokuya sahip renksiz, piroforik , zehirli bir gazdır . Silan, elemental silikonun öncüsü olarak pratik açıdan ilgi çekicidir . Alkil gruplu silan, beton ve duvar gibi mineral yüzeyler için etkili su iticidir. Hem organik hem de inorganik ekleri olan silanlar, birleştirme ajanları olarak kullanılır.

"Silanlar" , organosilikon bileşikleri de dahil olmak üzere, silikon üzerinde dört ikame ediciye sahip birçok ikili silikon-hidrojen bileşiğine ve bileşiklere karşılık gelir . Örnekleri arasında trichlorosilane (SiHCl 3 ), tetrametilsilan (Si (CH 3 ) 4 ), ve tetraetoksisilan (Si (OC 2 H 5 ) 4 ).

Üretme

Ticari ölçekli güzergahlar

Ayrıca bakınız: Doğrudan süreç

Silan birkaç yolla üretilebilir. Tipik olarak, hidrojen klorürün magnezyum silisit ile reaksiyonundan kaynaklanır :

Mg 2 Si + 4 HCl → 2 MgCl 2 + SiH 4

Ayrıca iki aşamalı bir işlemle metalurjik dereceli silikondan hazırlanır. İlk olarak, silikon ile muamele edilmiş olan hidrojen klorit üretmek ° ila yaklaşık 300 ° C'de triklorosilanın , HSiCl 3 ile birlikte, hidrojen göre, gaz kimyasal denklemi :

Si + 3 HCl → HSiCl 3 + H 2

Triklorosilan daha sonra silan ve silikon tetraklorür karışımına dönüştürülür . Bu yeniden dağıtım reaksiyonu bir katalizör gerektirir:

4 HSiCl 3 → SiH 4 + 3 SiCl 4

Bu işlem için en yaygın olarak kullanılan katalizörler metal halojenürlerdir , özellikle alüminyum klorürdür . Bu, aynı merkezi elemanı içeren bir çift yer değiştirme olan yeniden dağıtım reaksiyonu olarak adlandırılır . Silisyum için oksidasyon sayısında herhangi bir değişiklik olmamasına rağmen (Si, her üç türün de nominal oksidasyon numarası IV'e sahiptir) bir orantısızlık reaksiyonu olarak da düşünülebilir . Bununla birlikte, bir kovalent molekül, hatta bir polar kovalent molekül için oksidasyon sayısı kavramının faydası belirsizdir. Silikon atomu, en yüksek formal oksidasyon durumuna ve kısmî bir pozitif yük trietilamonyum sahip olan olarak rasyonalize edilebilir 4 ve SiH en düşük formal oksidasyon durumuna 4 Cı H'dir çok daha elektronegatif olduğu

Yarı iletken dereceli silikon üretiminde kullanıma uygun, çok yüksek saflıkta silanın hazırlanmasına yönelik alternatif bir endüstriyel proses, metalurjik dereceli silikon, hidrojen ve silikon tetraklorür ile başlar ve karmaşık bir dizi yeniden dağıtım reaksiyonu içerir (alternatif olarak geri dönüştürülen yan ürünler üretir). süreç) ve damıtma. Reaksiyonlar aşağıda özetlenmiştir:

Si + 2 H 2 + 3 SiCl 4 → 4 SiHCl 3
2 SiHCl 3 → SiH 2 Cl 2 + SiCl 4
2 SiH 2 Cl 2 → SiHCl 3 + SiH 3 Cl
2 SiH 3 Cl → SiH 4 + SiH 2 Cl 2

Bu yolla üretilen silan, tek geçişte yüksek saflıkta silikon ve hidrojen üretmek için termal olarak ayrıştırılabilir.

Yine silan diğer endüstriyel yolları indirgenmesini SIF 4 ile sodyum hidrid (NaH) veya trietilamonyum indirgenmesi 4 ile lityum alüminyum hidrit (LiAlH 4 ).

Silan'ın bir başka ticari üretimi, silikon dioksitin (SiO 2 ) Al ve H 2 gazı altında bir NaCl ve alüminyum klorür (AlCl 3 ) karışımı içinde yüksek basınçlarda indirgenmesini içerir :

3 SiO 2 + 6 H 2 + 4 Al → 3 SiH 4 + 2 Al 2 O 3

Laboratuvar ölçekli rotalar

1857 yılında Alman kimyagerler Heinrich Buff ve Friedrich Woehler , daha önce hazırladıkları alüminyum silisit üzerinde hidroklorik asidin etkisiyle oluşan ürünler arasında silanı keşfettiler . Bileşiği silisiüretlenmiş hidrojen olarak adlandırdılar .

Sınıf gösterileri için, magnezyum silisit (Mg 2 Si) üretmek için kumun magnezyum tozu ile ısıtılması ve ardından karışımın hidroklorik asit içine dökülmesiyle silan üretilebilir . Magnezyum silisit , hava ile temas ettiğinde yanan ve küçük patlamalar oluşturan silan gazı üretmek için asitle reaksiyona girer . Bu olarak sınıflandırılabilir heterojen asit-baz kimyasal izole Si yana reaksiyona 4- Mg iyon 2 Si antifluorite olarak hizmet edebilir yapı Bronsted-Lowry baz dört proton kabul edebilen. Şu şekilde yazılabilir:

4 HCl + Mg 2 Si → SiH 4 + 2 MgCl 2

Genel olarak, alkali-toprak metalleri aşağıdaki stokiyometrilere sahip silisitler oluşturur : M II 2 Si, M II Si ve M II Si 2 . Her durumda, bu maddeler Brønsted-Lowry asitleri ile reaksiyona girerek silisitteki Si anyon bağlantısına bağlı bir tür silikon hidrit üretir. Mümkün olan ürünler SiH dahil 4 ve / veya homolog dizi Si yüksek moleküller n H 2n + 2 , bir polimerik silikon hidrit, ya da bir silisik asit . Dolayısıyla, Si 2 - anyonlarının zikzak zincirleriyle ( her Si anyonu üzerinde protonları kabul edebilen iki yalnız elektron çifti içerir) M II Si , polimerik hidrit (SiH 2 ) x verir .

Yine silan üretimi için başka bir küçük çaplı yol aksiyonu ila sodyum amalgam ile diklorosilan , Si-H 2 Cı 2 , bazı sarı birlikte monosilan vermek üzere polimerize silikon hidrit (Si-H) x .

Özellikler

Silan olan silikon analog bir metan . Hidrojenin silisyuma kıyasla daha yüksek elektronegatifliği nedeniyle, bu Si-H bağ polaritesi, metan C-H bağlarındakinin tersidir. Bu ters polaritenin bir sonucu, silanın geçiş metalleri ile kompleksler oluşturma eğiliminin artmasıdır. İkinci bir sonuç, silanın piroforik olmasıdır  - harici ateşlemeye ihtiyaç duymadan havada kendiliğinden yanmaya maruz kalır. Bununla birlikte, mevcut (çoğu zaman çelişkili) yanma verilerini açıklamadaki zorluklar, silanın kendisinin kararlı olması ve üretim sırasında daha büyük silanların doğal oluşumunun yanı sıra, yanmanın nem gibi safsızlıklara ve kap yüzeylerinin katalitik etkileri piroforikliğine neden olur. 420 °C'nin üzerinde silan, silisyum ve hidrojene ayrışır ; bu nedenle silikonun kimyasal buhar biriktirmesinde kullanılabilir .

Si-H bağ kuvveti H, H-H-bağı 20 yaklaşık% zayıf yaklaşık 384 kJ / mol olan 2 . Sonuç olarak, Si-H bağları içeren bileşikler daha reaktif H göre olan 2 . Si–H bağının gücü, diğer ikame edicilerden orta derecede etkilenir: Si–H bağı güçleri: SiHF 3 419 kJ/mol, SiHCl 3 382 kJ/mol ve SiHMe 3 398 kJ/mol.

Uygulamalar

Japonya'da monosilan gazı nakliye konteynırları.

Organosilanlar için çeşitli uygulamalar mevcut olsa da , silanın kendisinin, özellikle yarı iletken endüstrisinde, temel silikonun öncüsü olarak baskın bir uygulaması vardır. Di- ve trisilan gibi daha yüksek silanlar sadece akademik ilgiye sahiptir. 1990'ların sonlarında yılda yaklaşık 300 metrik ton silan tüketildi. Düşük maliyetli güneş fotovoltaik modül üretimi, cam ve metal ve plastik gibi diğer alt tabakalar üzerinde hidrojene amorf silikonun (a-Si:H) biriktirilmesi (PECVD) için önemli miktarda silan tüketimine yol açmıştır . PECVD işlemi silan yaklaşık 85% harcanarak, malzeme kullanımı nispeten verimsizdir. Bu atığı ve a-Si:H tabanlı güneş pillerinin ekolojik ayak izini azaltmak için birkaç geri dönüşüm çabası geliştirilmiştir.

Güvenlik ve önlemler

Sızan silanın havada yanması ve patlaması sonucu ortaya çıkan bir dizi ölümcül endüstriyel kaza rapor edilmiştir.

Silan, piroforik bir gazdır (54 °C /130 °F'nin altındaki sıcaklıklarda kendiliğinden tutuşabilir).

SiH 4 + 2 O 2 → ΔH = –1517 k J / mol = –47.23 kJ/ g ile SiO 2 + 2 H 2 O
SiH 4 + O 2 → SiO 2 + 2 H 2
SiH 4 + O 2 → SiH 2 O + H 2 O
2 SiH 4 + O 2 → 2 SiH 2 O + 2H 2
SiH 2 O + O 2 → SiO 2 + H 2 O

Yağsız karışımlar için, silan tüketim prosesi ve hidrojen oksidasyon prosesinden oluşan iki aşamalı bir reaksiyon prosesi önerilmiştir. SiO 2 (s) yoğuşmasının ısısı, termal geri besleme nedeniyle yanma hızını arttırır.

Azot veya argon gibi asal gazlarla seyreltilmiş silan karışımlarının açık havaya sızdırıldığında tutuşma olasılığı saf silana kıyasla daha da yüksektir: saf nitrojen içindeki %1'lik bir silan karışımı bile havaya maruz kaldığında kolayca tutuşur.

Japonya'da, amorf silikon güneş pili üretimi için silan tehlikesini azaltmak amacıyla, birkaç şirket silanı hidrojen gazı ile seyreltmeye başladı . Bu , Staebler-Wronski etkisini azalttığı için daha kararlı güneş fotovoltaik hücreleri yapmanın simbiyotik bir yararı ile sonuçlandı .

Metan farklı olarak, silan oldukça zehirlidir: sıçanlar (havada öldürücü konsantrasyon LC 50 ) 4 saatlik bir maruz kalma üzerine% 0.96 (9,600 ppm) 'dir. Ek olarak, gözlerle teması tahrişe neden olan silisik asit oluşturabilir .

İşçilere silan maruz kalma ile ilgili olarak, US Mesleki Güvenlik ve Sağlık Ulusal Enstitüsü bir belirledi tavsiye edilen sınır değerli 5 ppm (7 mg / m 3 , sekiz saatlik zaman ağırlıklı ortalama) gösterdi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Alıntılanan kaynaklar

Dış bağlantılar