Silane (oder monosilane) ist eine toxische, äußerst feuergefährliche chemische Zusammensetzung mit der chemischen Formel SiH. 1857 haben die deutschen Chemiker Heinrich Buff und Friedrich Woehler silane unter den Produkten entdeckt, die durch die Handlung von Salzsäure auf Aluminium silicide gebildet sind, den sie vorher vorbereitet hatten. Sie haben die Zusammensetzung siliciuretted Wasserstoff genannt. Ein silane kann sich auch auf einen zusammengesetzten beziehen, der Silikonkohlenstoff-Obligationen wie tetramethyl silane enthält, der an irgendwelchen Wasserstoffsilikonobligationen Mangel hat. Silane ist ein abnehmender Agent.

Produktion

Wege der kommerziellen Skala

Industriell wird silane von metallurgischem Rang-Silikon in einem Zweipunktprozess erzeugt. Im ersten Schritt wird bestäubtes Silikon mit dem Wasserstoffchlorid an ungefähr 300 °C reagiert, um trichlorosilane, HSiCl zusammen mit Wasserstoffbenzin gemäß der chemischen Gleichung zu erzeugen:

:Si + 3 HCl  HSiCl + H

Der trichlorosilane wird dann auf einem harzhaltigen Bett gekocht, das einen Katalysator enthält, der die Bildung von silane und Silikon tetrachloride gemäß der chemischen Gleichung fördert:

:4 HSiCl  SiH + 3 SiCl

Die meistens verwendeten Katalysatoren für diesen Prozess sind Metallhalogenide, besonders Aluminiumchlorid. Das wird eine Neuverteilungsreaktion genannt, die eine doppelte Versetzung ist, die dasselbe Hauptelement einschließt. Davon kann auch als eine disproportionation Reaktion gedacht werden, wenn auch es keine Änderung in der Oxydationszahl für Silikon gibt (Si hat eine nominelle Oxydation Nummer IV in allen drei Arten). Jedoch ist das Dienstprogramm des Oxydationszahl-Konzepts für ein covalent Molekül, sogar ein polares covalent Molekül, zweideutig. Das Silikonatom konnte rational erklärt werden als, die höchste formelle Oxydation staatliche und teilweise positive Anklage in SiCl und das niedrigste in SiH zu haben, da Kl. viel mehr electronegative ist, als H. ist

Ein alternativer Industrieller für die Vorbereitung der sehr hohen Reinheit silane, passend für den Gebrauch in der Produktion von Halbleiter-Rang-Silikon, fängt mit metallurgischem Rang-Silikon, Wasserstoff und Silikon tetrachloride an und schließt eine komplizierte Reihe von Neuverteilungsreaktionen ein (Nebenprodukte erzeugend, die im Prozess wiederverwandt werden), und Destillationen. Die Reaktionen werden unten zusammengefasst:

:Si + 2 H + 3 SiCl  4 SiHCl

:2 SiHCl  SiHCl + SiCl

:2 SiHCl  SiHCl + SiHCl

:2 SiHCl  SiH + SiHCl

Der durch diesen Weg erzeugte silane kann thermisch zersetzt werden, um Silikon der hohen Reinheit und Wasserstoff in einem einzelnen Pass zu erzeugen.

Dennoch schließen andere Industriewege zu silane die Verminderung von SiF mit Natrium hydride (NaH) oder die Verminderung von SiCl mit Lithiumaluminium hydride (LiAlH) ein.

Eine andere kommerzielle Produktion von silane ist mit der Verminderung von SiO unter Benzin von Al und H in einer Mischung von NaCl und AlCl am Hochdruck verbunden:

3SiO + 6. + 2Al  3SiH + AlO

Laborskala-Wege

Für Klassenzimmer-Demonstrationen kann silane durch die Heizung von Sand mit Magnesium-Puder erzeugt werden, um Magnesium silicide (MgSi), dann das Strömen von der Mischung in eine 20-%-Verdünnung in der nichtwässrigen Lösung von Salzsäure zu erzeugen. Verwarnung: Wenn sich silane mit Wasser in Verbindung setzt, wird er gewaltsam reagieren. Das Magnesium silicide reagiert mit der Säure, um silane Benzin zu erzeugen, das auf dem Kontakt mit Luft brennt und winzige Explosionen erzeugt. Das kann als eine verschiedenartige chemische Sauer-Grundreaktion klassifiziert werden, da das isolierte Ion von Si in MgSi antifluorite Struktur als eine Basis von Brønsted-Lowry dienen kann, die dazu fähig ist, vier Protone zu akzeptieren. Es kann als geschrieben werden:

:4 HCl + MgSi  SiH + 2 MgCl

Im Allgemeinen bilden die Alkalisch-Erdmetalle silicides mit dem folgenden stoichiometries: MSi, MSi und MSi. In allen Fällen reagieren diese Substanzen mit Säuren von Brønsted-Lowry, um einen Typ von hydride von Silikon zu erzeugen, das von der Anion-Konnektivität von Si im silicide abhängig ist. Die möglichen Produkte schließen SiH und/oder höhere Moleküle in der homologen Reihe SiH, ein polymeres Silikon hydride oder eine silicic Säure ein. Folglich geben MSi mit ihren zickzackförmigen Ketten von Anionen von Si (zwei einsame Paare von Elektronen auf jedem Anion von Si enthaltend, das Protone akzeptieren kann) den polymeren hydride (SiH) nach.

Und doch ist ein anderer kleiner Weg für die Produktion von silane von der Handlung des Natriumsamalgams auf dichlorosilane, SiHCl, um monosilane zusammen mit etwas gelbem polymerized Silikon hydride (SiH) nachzugeben.

Eigenschaften

Silane ist die Silikonentsprechung des Methans. Wegen der größeren Elektronegativität von Wasserstoff im Vergleich mit Silikon in silane haben die Wasserstoffatome eine teilweise negative Anklage und das Silikon eine positive Anklage. Diese Band-Widersprüchlichkeit des Si-H ist das Gegenteil davon, das in den C-H Obligationen des Methans beobachtet ist. Jedoch werden die C-H Obligationen im Methan allgemein als nichtpolar betrachtet, da Kohlenstoff nur ein bisschen mehr electronegative ist als Wasserstoff. Bei der Raumtemperatur ist silane ein Benzin, und ist pyrophoric — es erlebt Selbstentzündung in Luft ohne das Bedürfnis nach dem Außenzünden. Jedoch die Schwierigkeiten, das verfügbare (häufig widersprechend) zu erklären, werden Verbrennen-Daten der Tatsache zugeschrieben, dass silane selbst stabil ist, und dass die natürliche Bildung von größerem silanes während der Produktion, sowie die Empfindlichkeit des Verbrennens zu Unreinheiten wie Feuchtigkeit und zu den katalytischen Effekten von Behälteroberflächen seinen pyrophoricity verursacht. Über 420 °C zersetzt sich silane in Silikon und Wasserstoff; es kann deshalb in der chemischen Dampf-Absetzung von Silikon verwendet werden.

Silane hat einen scharfen, abstoßenden Geruch, der dieser von essigsaurer Säure etwas ähnlich

kürzlich gezeigt hat, hat Silane als ein Supraleiter unter dem äußerst hohen Druck (96 und 120 GPa) mit einer Übergangstemperatur von 17 K gehandelt.

Anwendungen

Mehrere industrielle und medizinische Anwendungen bestehen für silane und functionalized silanes. Zum Beispiel werden silanes als Kopplungsagenten verwendet, um Glasfasern an einer Polymer-Matrix zu kleben, das zerlegbare Material stabilisierend. Mit anderen Worten streicht silane die Glasfasern an, um besseres Festkleben an die Polymer-Kette zu schaffen. Sie können auch verwendet werden, um eine lebensträge Schicht auf einem Titan implant zu verbinden. Andere Anwendungen schließen wasserabstoßende Mittel, Mauerwerk-Schutz, Kontrolle von Graffiti ein, polykristallene Silikonschichten an Silikonoblaten wenn Produktionshalbleiter und Dichtungsmaterialien anwendend. Die Halbleiter-Industrie hat ungefähr 300 Metertonnen pro Jahr silane gegen Ende der 1990er Jahre verwendet. Mehr kürzlich hat ein Wachstum in der preisgünstigen Sonnenkollektor-Herstellung zu wesentlichem Verbrauch von silane geführt, um amorphes Silikon auf dem Glas und den anderen Oberflächen abzulegen.

Silane wird auch in Überschallverbrennen-Staustrahltriebwerken verwendet, um Verbrennen im Druckluft-Strom zu beginnen. Da es Verwenden-Kohlendioxyd als ein Oxydationsmittel verbrennen kann, ist es ein Kandidat-Brennstoff für Motoren, die auf Mars funktionieren. Da diese Reaktion einige Nebenprodukte hat, die fest sind (Silikondioxyd und Kohlenstoff), ist es nur auf Flüssig-Kraftstoffraketen (mit dem flüssigen Kohlendioxyd), Staustrahltriebwerke oder andere Reaktionsmotoren anwendbar.

Silane und ähnliche Zusammensetzungen, die Si — H Obligationen enthalten, werden als abnehmende Agenten in der organischen und organometallic Chemie verwendet.

Sicherheit und Vorsichtsmaßnahmen

Mehrere tödliche Industrieunfälle, die durch die Detonation und das Verbrennen von durchgelassenem silane in Luft erzeugt sind, sind angezeigt worden. Verdünnte silane Mischungen mit trägem Benzin wie Stickstoff oder Argon werden sich noch mit größerer Wahrscheinlichkeit, wenn durchgelassen, in die Landluft im Vergleich zu reinem silane entzünden: Sogar eine 1-%-Mischung von silane im reinen Stickstoff entzündet sich leicht, wenn ausgestellt, zu lüften. Verschieden vom Methan ist silane ziemlich toxisch: Die tödliche Konzentration in Luft für Ratten (LC) ist 0.96 % (9600 ppm) über eine 4-stündige Aussetzung. Setzen Sie sich außerdem mit Augen in Verbindung kann silicic Säure mit der resultierenden Verärgerung bilden.

Siehe auch

• Silanes
• Silanization