Бинарные кремний-водородные соединения представляют собой насыщенные химические соединения с эмпирической формулой Si x H y . Все содержат тетраэдрический кремний и концевые гидриды. У них есть только одинарные связи Si – H и Si – Si. Эти длины связей являются 146,0 м для Si-Н - связи и 233 м для связи Si-Si. Структуры силанов являются аналогами алканов , начиная с силаном , SiH
4, аналог метана , продолжающийся дисиланом Si
2ЧАС
6, аналог этана и др. Они представляют в основном теоретический или академический интерес. [1]
Инвентарь [ править ]
Самый простой изомер силана - изомер, в котором атомы кремния расположены в единую цепочку без разветвлений. Этот изомер иногда называют n- изомером ( n означает «нормальный», хотя он не обязательно является наиболее распространенным). Однако цепочка атомов кремния также может быть разветвленной в одной или нескольких точках. Число возможных изомеров быстро увеличивается с увеличением числа атомов кремния. Члены ряда (по количеству атомов кремния) следующие:
- силан , SiH
4 - один кремний и четыре водорода - дисилан , Si
2ЧАС
6 - два кремниевых и шесть водородных, этаноподобная структура - трисилан , Si
3ЧАС
8 - три кремния и 8 водорода, пропаноподобная структура - тетрасилан, Si
4ЧАС
10 - четыре кремния и 10 водорода (два изомера: тетрасилан и изотетрасилан, аналог бутана и изобутана) - пентасилан, Si
5ЧАС
12 - пять кремний и 12 водорода (три изомера: пентасилан, изопентасилан и неопентасилан)
Силаны именуются добавлением суффикса - силан к соответствующему префиксу числового множителя . Следовательно, дисилан Si
2ЧАС
6; трисилан Si
3ЧАС
8; тетрасилан Si
4ЧАС
10; пентасилан Si
5ЧАС
12; Приставка обычно греческая, за исключением нонасилана, имеющего латинский префикс, и ундекасилана и тридекасилана, которые имеют префиксы смешанного языка. Также известны твердофазные полимерные гидриды кремния, называемые гидридами поликремния . Когда водород в линейном полисилен-поликремниевом гидриде заменяется алкильными или арильными боковыми группами, используется термин полисилан .
3-Силилгексасилан, H 3 SiSiH 2 SiH (SiH 3 ) SiH 2 SiH 2 SiH 3 , представляет собой простейший хиральный бинарный нециклический гидрид кремния.
Циклосиланы тоже существуют. Они структурно аналогичны циклоалканам с формулой Si n H 2 n , n > 2.
| Силан | Формула | Точка кипения [° C] | Точка плавления [° C] | Плотность [г см -3 ] (при 25 ° C) |
|---|---|---|---|---|
| Силан | SiH 4 | −112 | −185 | газ |
| Дисилан | Si 2ЧАС 6 | −14 | −132 | газ |
| Трисилан | Si 3ЧАС 8 | 53 | −117 | 0,743 |
| циклотрисилан | Si 3ЧАС 6 | |||
| Тетрасилан | Si 4ЧАС 10 | 108 | −90 | 0,793 |
| н- пентасилан | Si 5ЧАС 12 | 153 | −72,8 | 0,827 |
| циклопентасилан | Si 5ЧАС 10 | 194 | -10,5 | 0,963 |
| н- гексасилан | Si 6ЧАС 14 | 193,6 | -44,7 | 0,847 |
Производство [ править ]
Ранние работы проводились Альфредом Штоком и Карлом Сомиески. [2] Хотя моносилан и дисилан были уже известны, Сток и Сомиески открыли, начиная с 1916 г., следующие четыре члена ряда Si n H 2n + 2 , вплоть до n = 6. Они также задокументировали образование твердофазного полимерного кремния. гидриды. [3] Один из методов их синтеза включал гидролиз силицидов металлов . Этот метод производит смесь силанов, которую необходимо разделить на линии высокого вакуума . [4] [5] [6]
Силаны (Si n H 2n + 2 ) менее термически стабильны, чем алканы (C n H 2n + 2 ). Они имеют тенденцию подвергаться дегидрированию с образованием водорода и полисиланов. По этой причине выделение силанов выше, чем гептасилана, оказалось трудным. [7]
Процесс Шлезингера используется для получения силанов реакцией перхлорсиланов с алюмогидридом лития .
Приложения [ править ]
Единственное, но важное применение SiH 4 - это промышленность микроэлектроники . При химическом осаждении металлорганических соединений из паровой фазы силан превращается в кремний путем термического разложения:
- SiH 4 → Si + 2 H 2
Удерживающие силаны с широким спектром антимикробной активности, низкой цитотоксичностью, не позволяют патогенам использоваться для контроля крупной микробной колонизации.
Опасности [ править ]
Силан взрывоопасен при смешивании с воздухом (1 - 98% SiH 4 ). Другие низшие силаны также могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Более легкие жидкие силаны легко воспламеняются, но этот риск уменьшается с увеличением длины кремниевой цепи, как было обнаружено Питером Плихтой. Силаны над гептасиланом не реагируют спонтанно и могут храниться как бензин. Следовательно, высшие силаны могут заменить углеводороды в качестве хранимого источника энергии с преимуществом реакции не только с кислородом, но и с азотом.
Соображения по обнаружению / контролю риска:
- Силан немного плотнее воздуха (возможность скопления на уровне земли / ям)
- Дисилан плотнее воздуха (возможность скопления на уровне земли / ям)
- Трисилан плотнее воздуха (возможность объединения на уровне земли / ям)
Номенклатура [ править ]
Номенклатура IUPAC (систематический способ наименования соединений) для силанов основана на идентификации кремниевых цепей. Неразветвленные насыщенные кремниевые цепи систематически обозначаются греческим числовым префиксом, обозначающим количество кремний, и суффиксом «-силан».
Соглашения об именах ИЮПАК могут использоваться для создания систематического имени.
Ключевые шаги в названии 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 «силил».
- Пронумеруйте корневую цепочку так, чтобы сумма номеров, присвоенных каждой боковой группе, была как можно меньше.
- Пронумеруйте и назовите боковые цепи перед названием корневой цепи.
Номенклатура аналогична номенклатуре алкильных радикалов.
Силаны также могут быть названы как любое другое неорганическое соединение; В этой системе названий силан называется тетрагидридом кремния . Однако с более длинными силанами это становится обременительным.
Ссылки [ править ]
- ^ a b Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Е. Wiberg, Альфред Шток и Ренессанс неорганической химии ,» Pure Appl. Chem. , Т. 49 (1977)стр. 691-700.
- ^ JW Mellor, "Комплексный трактат по неорганической и теоретической химии", Vol. VI, Longman, Green and Co. (1947), стр. 223 - 227.
- ^ Гидриды бора и кремния. Итака (США) 1933 г.
- ^ Stock, A .; Stiebeler, P .; Зейдлер, Ф. (1923). "Siliciumwasserstoffe, XVI. Die höheren Siliciumhydride". Бер. Dtsch. Chem. Ges. B . 56B : 1695-1705. DOI : 10.1002 / cber.19230560735 .
- ↑ PW Schenk (1963). «Силаны SiH 4 (Si 2 H 6 , Si 3 H 8 )». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . 1 . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press. С. 679–680.
- ^ WW Porterfield "Неорганическая химия: единый подход", Academic Press (1993), стр. 219.
