Бинарные кремний-водородные соединения - Binary silicon-hydrogen compounds

Эта статья о классе химические соединения с формулой SiИксЧАСу. Для соединения SiH4, видеть Силан. Для органических аналогов см. кремнийорганическая химия.
Химическая структура дисилан, структурно близкий к этану.

Бинарные кремний-водородные соединения находятся насыщенный химические соединения с эмпирической формулой SiИксЧАСу. Все содержат четырехгранный кремний и концевые гидриды. У них есть только одинарные связи Si – H и Si – Si. В длина облигаций составляют 146,0 пм для связи Si – H и 233 пм для связи Si – Si. По структуре силаны являются аналогами алканы, начиная с силан, SiH
4, аналог метан, продолжая дисилан Si
2ЧАС
6, аналог этан и т. д. Они представляют в основном теоретический или академический интерес.[1]

Инвентарь

Циклопентасилан структурно похож на циклопентан, просто больше.

Самый простой изомер силана - изомер, в котором атомы кремния расположены в единую цепочку без разветвлений. Этот изомер иногда называют п-изомер (п для «нормального», хотя и не обязательно самого распространенного). 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 названы добавлением суффикс -силан к соответствующему числовой множитель префикс. Следовательно, дисилан, Si
2ЧАС
6; трисилан Si
3ЧАС
8; тетрасилан Si
4ЧАС
10; пентасилан Si
5ЧАС
12; Приставка обычно греческая, за исключением нонасилана, у которого есть латинский префикс, а также ундекасилан и тридекасилан, которые имеют многоязычные префиксы. Твердофазные полимерные гидриды кремния называются гидриды поликремния также известны. Когда водород в линейном полисилен-поликремниевом гидриде заменяется на алкил или же арил боковые группы, термин полисилан используется.

3-силилгексасилан (H3SiSiH2SiH (SiH3) SiH2SiH2SiH3, - простейший хиральный бинарный нециклический гидрид кремния.

Циклосиланы тоже существуют. Они структурно аналогичны циклоалканы, с формулой SiпЧАС2п, п > 2.

Данные для малых силанов[1]
СиланФормулаТочка кипения [° C]Точка плавления [° C]Плотность [г см−3] (при 25 ° C)
СиланSiH
4		−112−185газ
ДисиланSi
2ЧАС
6		−14−132газ
ТрисиланSi
3ЧАС
8		53−1170.743
циклотрисилан [эль ]Si
3ЧАС
6
Тетрасилан [де; RU ]Si
4ЧАС
10		108−900.793
н-Пентасилан [де; RU ]Si
5ЧАС
12		153−72.80.827
циклопентасиланSi
5ЧАС
10		194−10.50.963
н-Гексасилан [де; RU ]Si
6ЧАС
14		193.6−44.70.847

Производство

Ранние работы проводились Альфред Сток и Карл Сомиески.[2] Хотя моносилан и дисилан были уже известны, Сток и Сомиески, начиная с 1916 г., открыли следующие четыре члена SiпЧАС2n + 2 серии до n = 6. Они также документально подтвердили образование твердофазных полимерных гидридов кремния.[3] Одним из методов их синтеза был гидролиз металла. силициды. Этот метод позволяет получить смесь силанов, которую необходимо разделить на линия высокого вакуума.[4][5][6]

Силаны (SiпЧАС2n + 2) менее термически устойчивы, чем алканы (CпЧАС2n + 2). Они склонны терпеть дегидрирование, с получением водорода и полисиланов. По этой причине выделение силанов выше, чем гептасилана, оказалось трудным.[7]

Процесс Шлезингера используется для получения силанов реакцией перхлорсиланы с литийалюминийгидрид.

Приложения

Основная статья: Силан § Применения

Единственное, но важное приложение для SiH4 находится в микроэлектроника промышленность. К химическое осаждение металлов из паровой фазы, силан превращается в кремний путем термического разложения:

SiH4 → Si + 2 H2

Удерживающие силаны с широким спектром антимикробной активности, низкой цитотоксичностью, не позволяют патогенам использоваться для контроля крупной микробной колонизации.

Опасности

Силан взрывоопасен при смешивании с воздухом (1 - 98% SiH4). 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 реагируйте спонтанно и может 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

Основная статья: Номенклатура неорганической химии ИЮПАК 2005 г.

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 соответствует номенклатуре алкил радикалы.

Силаны также могут быть названы как любое другое неорганическое соединение; в этой системе наименований силан называется тетрагидрид кремния. Однако с более длинными силанами это становится обременительным.

Рекомендации

  1. ^ 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 Возрождение неорганической химии," Pure Appl. Chem., Vol. 49 (1977), с. 691-700.
  3. ^ Дж. У. Меллор, "Всеобъемлющий трактат по неорганической и теоретической химии", Vol. VI, Longman, Green and Co. (1947), стр. 223 - 227.
  4. ^ Гидриды бора и кремния. Итака (США) 1933 г.
  5. ^ Шток, А .; Stiebeler, P .; Зейдлер, Ф. (1923). "Siliciumwasserstoffe, XVI. Die höheren Siliciumhydride". Бер. Dtsch. Chem. Ges. B. 56B: 1695-1705. Дои:10.1002 / cber.19230560735.
  6. ^ П. В. Шенк (1963). "Силаны SiH4 (Si2ЧАС6, Si3ЧАС8) ». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд.. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press. С. 679–680.
  7. ^ У. У. Портерфилд "Неорганическая химия: единый подход", Academic Press (1993), стр. 219.