Бинарные кремний-водородные соединения

Химическая структура дисилана , структурно схожего с этаном.

Силаны представляют собой насыщенные химические соединения с брутто-формулой Si _x H _y . Это гидросиланы , класс соединений, который включает соединения с Si−H и другие Si-X- связи. Все они содержат тетраэдрический кремний и концевые гидриды. У них есть только Si−H и Si-Si Одинарные связи составляет . Длина облигаций 146,0 пм для связь Si-H и 233 пм для Связь Si-Si . По структуре силаны являются аналогами алканов , начиная с силана , SiH ₄ , аналог метана , продолжающийся дисиланом. Si ₂ H ₆ , аналог этана и др. Представляют преимущественно теоретический или академический интерес. ^[1]

Инвентарь

Циклопентасилан структурно похож на циклопентан , только крупнее.

Простейшим изомером силана является тот, в котором атомы кремния расположены в одну цепь без разветвлений. Этот изомер иногда называют n -изомером ( n означает «нормальный», хотя он не обязательно является самым распространенным). Однако цепочка атомов кремния также может быть разветвленной по одному или нескольким атомам кремния. Число возможных изомеров быстро увеличивается с увеличением числа атомов кремния. Члены ряда (по числу атомов кремния) следующие:

силан , SiH ₄ , 1 атом кремния и 4 атома водорода, аналог метана
дисилан , Si ₂ H ₆ или H ₃ Si−SiH ₃ , 2 атома кремния и 6 атомов водорода, аналог этана
трисилан , Si ₃ H ₈ или H ₂ Si(−SiH ₃ ) ₂ , 3 атома кремния и 8 атомов водорода, аналог пропана.
тетрасилан , Си ₄ Н ₁₀ или H ₃ Si-SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₃ , 4 атома кремния и 10 атомов водорода, аналог бутана (один изомер: изотетрасилан , аналог изобутана )
пентасилан , Си ₅ Н ₁₂ или H ₃ Si-SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₃ , 5 атомов кремния и 12 атомов водорода, аналог пентана (два изомера: изопентасилан H ₃ Si-SiH ₂ -SiH(-SiH ₃ ) ₂ и неопентасилан Si(SiH ₃ ) ₄ , аналог изопентана и неопентана соответственно)
гексасилан Си ₆ Н ₁₄ или H ₃ Si-SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₃ , 6 атомов кремния и 14 атомов водорода, аналог гексана.

Силаны называются путем добавления суффикса « силан» к соответствующему префиксу числового множителя . Следовательно, дисилан, Си ₂ Н ₆ ; трисилан Си ₃ Н ₈ ; тетрасилан Си ₄ Н ₁₀ ; пентасилан Си ₅ Н ₁₂ ; и т. д. Префикс обычно греческий, за исключением нонасилана, который имеет латинский префикс, а также ундекасилана и тридекасилана, которые имеют префиксы на разных языках. твердофазные полимерные гидриды кремния, называемые поликремнийгидридами Также известны . Когда водород в линейном полисилене поликремнийгидриде заменяется алкильными или арильными термин полисилан боковыми группами, используется .

3-силилгексасилан, H ₃ Si-SiH ₂ -SiH(-SiH ₃ )-SiH ₂ -SiH ₂ -SiH ₃ представляет собой простейший хиральный бинарный нециклический гидрид кремния.

Циклосиланы также существуют. Они структурно аналогичны циклоалканам с формулой Si _n H _{2 n} , n > 2.

Данные для малых силанов ^[1]
Силан	Формула	Температура плавления [°C]	Точка кипения [°С]	Плотность [г см ⁻³] (при 25 °C)	Появление
Силан	СиХ ₄	−185	−112		Бесцветный газ
Дисилан	Си ₂ Н ₆	−132	−14		Бесцветный газ
Трисилан	Si₃H_Si3H8	−117	53	0.743	Бесцветная жидкость
Циклотрисилан [ эл ]	Si₃H_Si3H6
Тетрасилан [ де ; ру ]	Си ₄ Ч ₁₀	−90	108	0.793	Бесцветная жидкость
Пентасилан [ де ; ру ]	Си ₅ Ч ₁₂	−72.8	153	0.827	Бесцветная жидкость
Циклопентасилан	Си ₅ Ч ₁₀	−10.5 ^{[ нужны разъяснения ]}	194 ^{[ нужны разъяснения ]}	0.963	Бесцветная жидкость
Гексасилан [ де ; ру ]	Си ₆ Ч ₁₄	−44.7	193.6	0.847	Бесцветная жидкость

Производство

Раннюю работу проводили Альфред Сток и Карл Сомиски. ^[2] Хотя моносилан и дисилан уже были известны, Сток и Сомиски, начиная с 1916 года, обнаружили следующих четырех членов Серия Si _n H _{2 n +2} , вплоть до n = 6. Ими также зафиксировано образование твердофазных полимерных гидридов кремния. ^[3] Один из методов их синтеза включал гидролиз силицидов металлов . Этот метод позволяет получить смесь силанов, которую необходимо разделить на линии высокого вакуума . ^[4]^[5]^[6]

Силаны ( Si _n H _{2 n +2} ) менее термически стабильны, чем алканы ( C _n H _{2 n +2} ). Они имеют тенденцию подвергаться дегидрированию с образованием водорода и полисиланов. По этой причине выделение силанов с более высоким содержанием, чем гептасилана, оказалось трудным. ^[7]

Процесс Шлезингера используется для получения силанов реакцией перхлорсиланов с литийалюминийгидридом .

Приложения

Единственное, но важное приложение для SiH ₄ находится в отрасли микроэлектроники . При химическом осаждении из паровой фазы металлоорганических соединений силан преобразуется в кремний путем термического разложения :

SiH ₄ → Si + 2 _H

Опасности

Силан взрывоопасен при смешивании с воздухом (1 – 98% СиХ ₄^{[ нужны разъяснения ]}). Другие низшие силаны также могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Более легкие жидкие силаны легко воспламеняются; этот риск увеличивается с увеличением длины кремниевой цепочки.

Соображения по обнаружению/контролю риска:

Силан немного плотнее воздуха, а дисилан и трисилан плотнее воздуха, поэтому существует вероятность скопления на уровне земли/ямах.

Номенклатура

Номенклатура ИЮПАК (систематический способ обозначения соединений) силанов основана на идентификации кремнийводородных цепей. Неразветвленные насыщенные кремнийорганические цепи систематически называются с помощью греческого числового префикса, обозначающего количество кремний, и суффикса «-силан».

Соглашения об именах ИЮПАК можно использовать для создания систематического названия.

Ключевые шаги в наименовании более сложных разветвленных силанов следующие:

Определите самую длинную непрерывную цепочку атомов кремния.
Назовите эту самую длинную корневую цепочку, используя стандартные правила именования.
Назовите каждую боковую цепь, изменив суффикс названия силана с «-ан» на «-анил», за исключением «силана», который становится «силилом».
Пронумеруйте корневую цепочку так, чтобы сумма чисел, присвоенных каждой боковой группе, была как можно меньшей.
Пронумеруйте и назовите боковые цепи перед названием корневой цепи.

Номенклатура аналогична номенклатуре алкильных радикалов.

Силаны также можно назвать, как и любое другое неорганическое соединение; в этой системе наименования силан называется тетрагидридом кремния . Однако при использовании более длинных силанов это становится затруднительным.

См. также

Кремнийорганические соединения , соединения, содержащие связи углерод–кремний.
Гидросиланы , более крупный класс соединений с формулой H _м SiR _n ( м ≠ 0)

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
^ Э. Виберг, Альфред Сток и ренессанс неорганической химии , « Pure Appl. Chem.» , Vol. 49 (1977), стр. 691-700.
^ Дж. В. Меллор, «Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии», Vol. VI, Лонгман, Грин и Ко (1947), стр. 223–227.
^ Гидриды бора и кремния. Итака (США) 1933 г.
^ Сток, А.; Штиебелер, П.; Зейдлер, Ф. (1923). «Кремниевые водороды, XVI. Высшие гидриды кремния». Бер. Немецкий. . хим 56Б : 1695-1705. дои : 10.1002/cber.19230560735 .
^ П.В. Шенк (1963). «Силаны SiH ₄ (Si ₂ H ₆ , Si ₃ H ₈ )». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Том. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Академик Пресс. стр. 679–680.
^ WW Портерфилд «Неорганическая химия: единый подход», Academic Press (1993), стр. 219.

[G&E-1] Перейти обратно: ^а ^б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .

[2] Э. Виберг, Альфред Сток и ренессанс неорганической химии , « Pure Appl. Chem.» , Vol. 49 (1977), стр. 691-700.

[3] Дж. В. Меллор, «Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии», Vol. VI, Лонгман, Грин и Ко (1947), стр. 223–227.

[4] Гидриды бора и кремния. Итака (США) 1933 г.

[5] Сток, А.; Штиебелер, П.; Зейдлер, Ф. (1923). «Кремниевые водороды, XVI. Высшие гидриды кремния». Бер. Немецкий. . хим 56Б : 1695-1705. дои : 10.1002/cber.19230560735 .

[6] П.В. Шенк (1963). «Силаны SiH ₄ (Si ₂ H ₆ , Si ₃ H ₈ )». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Том. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Академик Пресс. стр. 679–680.

[7] WW Портерфилд «Неорганическая химия: единый подход», Academic Press (1993), стр. 219.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]