Бинарные кремний-водородные соединения - Binary silicon-hydrogen compounds

Химическая структура дисилана , структурно близкого к этану.

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
2 ЧАС
6 , аналог этана и др. Они представляют в основном теоретический или академический интерес.

Инвентарь

Циклопентасилан структурно похож на циклопентан , только больше.

Самый простой изомер силана - это тот, 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
2 ЧАС
6 - два кремниевых и шесть водородных, этаноподобная структура
трисилан , Si
3 ЧАС
8 - три кремния и 8 атомов водорода, пропаноподобная структура
тетрасилан, Si
4 ЧАС
10 - четыре кремния и 10 водорода (два изомера: тетрасилан и изотетрасилан, аналог бутана и изобутана)
пентасилан, Si
5 ЧАС
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
2 ЧАС
6 ; трисилан Si
3 ЧАС
8 ; тетрасилан Si
4 ЧАС
10 ; пентасилан Si
5 ЧАС
12 ; Приставка обычно греческая, за исключением нонасилана, у которого есть латинский префикс, и ундекасилана и тридекасилана, у которых есть префиксы на разных языках. Также известны твердофазные полимерные гидриды кремния, называемые гидридами поликремния . Когда водород в линейном полисилен-поликремниевом гидриде заменяется боковыми алкильными или арильными 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.

Данные для малых силанов
Силан Формула Точка кипения [° C] Точка плавления [° C] Плотность [г см -3 ] (при 25 ° C)
Силан SiH
4 		−112 −185 газ
Дисилан Si
2 ЧАС
6 		−14 −132 газ
Трисилан Si
3 ЧАС
8 		53 −117 0,743
циклотрисилан  [ эл ] Si
3 ЧАС
6
Тетрасилан  [ де ; ru ] Si
4 ЧАС
10 		108 −90 0,793
н- пентасилан  [ де ; ru ] Si
5 ЧАС
12 		153 −72,8 0,827
циклопентасилан Si
5 ЧАС
10 		194 -10,5 0,963
н- гексасилан  [ де ; ru ] Si
6 ЧАС
14 		193,6 -44,7 0,847

Производство

Ранние работы проводились Альфредом Штоком и Карлом Сомиески. Хотя моносилан и дисилан были уже известны, Сток и Сомиески открыли, начиная с 1916 года, следующие четыре члена серии Si n H 2n + 2 , вплоть до n = 6. Они также задокументировали образование твердофазных полимерных гидридов кремния. Один из методов их синтеза - гидролиз силицидов металлов . Этот метод позволяет получить смесь силанов, которую необходимо разделить на линии высокого вакуума .

Силаны (Si n H 2n + 2 ) менее термически стабильны, чем алканы (C n H 2n + 2 ). Они склонны подвергаться дегидрированию с образованием водорода и полисиланов. По этой причине выделение силанов выше, чем гептасилана, оказалось трудным.

Процесс Шлезингера используется для получения силанов реакцией перхлорсиланов с алюмогидридом лития .

Приложения

Основная статья: Применение силана §

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

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 тем преимуществом, что они реагируют 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

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 наименований силан называется тетрагидридом кремния . Однако с более длинными силанами это становится обременительным.

Смотрите также

Рекомендации