stringtranslate.com

Тетрахлорид кремния

Тетрахлорид кремния или тетрахлорсилан представляет собой неорганическое соединение формулы SiCl 4 . Это бесцветная летучая жидкость , дымящая на воздухе. Он используется для производства кремния и кремнезема высокой чистоты для коммерческого применения. Это часть семейства хлорсиланов .

Подготовка

Тетрахлорид кремния получают хлорированием различных соединений кремния, таких как ферросилиций , карбид кремния или смесей диоксида кремния и углерода. Ферросилициевый путь является наиболее распространенным. [3]

В лаборатории SiCl 4 можно получить обработкой кремния хлором при 600 °C (1112 °F): [ 1]

Si + 2 Cl 2 → SiCl 4

Впервые он был подготовлен Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1823 году. [4]

Рассол может быть загрязнен кремнеземом , когда производство хлора является побочным продуктом процесса очистки металла из хлоридной руды. В редких случаях диоксид кремния в кремнеземе превращается в тетрахлорид кремния при электролизе загрязненного рассола . [5]

Реакции

Гидролиз и родственные реакции

Как и другие хлорсиланы или силаны , тетрахлорид кремния легко реагирует с водой :

SiCl 4 + 2 H 2 O → SiO 2 + 4 HCl

Напротив, четыреххлористый углерод плохо гидролизуется. Реакцию можно заметить при контакте жидкости с воздухом: пар образует пары, реагируя с влагой, образуя облачкообразный аэрозоль соляной кислоты . [6]

Со спиртами реагирует с образованием ортосиликатных эфиров :

SiCl 4 + 4 ROH → Si(OR) 4 + 4 HCl

Поликремния хлориды

При более высоких температурах гомологи тетрахлорида кремния можно получить по реакции:

Si + 2 SiCl 4 → Si 3 Cl 8

Фактически хлорирование кремния сопровождается образованием гексахлордисилана Si 2 Cl 6 . Ряд соединений, содержащих в цепи до шести атомов кремния, можно выделить из смеси с помощью фракционной перегонки . [1]

Реакции с другими нуклеофилами

Тетрахлорид кремния по своей реакционной способности является классическим электрофилом. [7] При обработке реактивами Гриньяра и литийорганическими соединениями он образует различные кремнийорганические соединения :

4 RLi + SiCl 4 → R 4 Si + 4 LiCl

Восстановление гидридными реагентами дает силан .

Сравнение с другими соединениями SiX 4

Использование

Тетрахлорид кремния используется в качестве промежуточного продукта при производстве поликремния , сверхчистой формы кремния [3] , поскольку он имеет температуру кипения, удобную для очистки путем многократной фракционной перегонки . Его восстанавливают до трихлорсилана (HSiCl 3 ) газообразным водородом в реакторе гидрирования и либо непосредственно используют в процессе Сименса , либо дополнительно восстанавливают до силана (SiH 4 ) и впрыскивают в реактор с псевдоожиженным слоем . Тетрахлорид кремния снова появляется в обоих этих двух процессах в качестве побочного продукта и рециркулируется в реакторе гидрирования. Была проведена парофазная эпитаксия восстановления тетрахлорида кремния водородом примерно при 1250 °C:

SiCl
4(г) + 2 Н
2(г) → Si(s) + 4 HCl (г) при 1250°C [11]

Произведенный поликремний в больших количествах используется в фотоэлектрической промышленности для обычных солнечных батарей из кристаллического кремния , а также в полупроводниковой промышленности.

Тетрахлорид кремния также может быть гидролизован до дымящего кремнезема . Тетрахлорид кремния высокой чистоты используется в производстве оптических волокон. Эта марка не должна содержать примесей, содержащих водород, таких как трихлорсилан. Оптические волокна производятся с использованием таких процессов, как MCVD и OFD, где тетрахлорид кремния окисляется до чистого кремнезема в присутствии кислорода.

Как сырье в производстве плавленого кварца .

Вопросы безопасности и экологии

В Китае сообщалось о загрязнении от производства тетрахлорида кремния, связанном с возросшим спросом на фотоэлектрические элементы, стимулируемым программами субсидирования. [12] В MSDS отмечается, что следует «избегать любого контакта! Во всех случаях обратитесь к врачу! ... вдыхание вызывает боль в горле и ощущение жжения». [13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc PW Шенк (1963). «Фторид фосфора (V)». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Том. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Академик Пресс. стр. 282–683.
  2. ^ Аб Зумдал, СС (2009). Химические принципы (6-е изд.). Хоутон Миффлин. п. А22. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ аб Симмлер, В. «Неорганические соединения кремния». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a24_001. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Берцелиус, Жак. (1824 г.). «Undersökning af flusspatssyran och des märkvärdigaste föreningar» [Исследование плавиковой кислоты и ее наиболее важных соединений]. Kongliga Vetenskapsakademiens Nya Handlingar [Новые труды Королевской академии наук] . 3-я серия (на шведском языке). 12 : 46–98. Со стр. 57-58: « Если кремний пропитан хлором , то он будет сиг и бриннер, как и газ в атмосфере. Луфт, лемнар этого кисельорда и формирует этт ullikt скелет. […] Кремний скользит в воздухе. iod gas, har icke kunnat fås att dermed förbinda sig. " (Когда кремний нагревается в потоке хлора , он воспламеняется и горит, а также, если газ содержал атмосферный воздух, он оставляет кремнезем в виде странного "скелета" ". Если кремний предварительно был в некоторой степени окислен, то остается и кремнистая земля. Кремний горит в хлоре одинаково медленно, независимо от того, потерял ли он свою воспламеняемость на воздухе или нет. Продукт сгорания конденсируется и образует жидкость, которая при освобождении от нее должна быть бесцветной.Жидкость эта довольно летучая и легкотекучая, на открытом воздухе испаряется почти мгновенно с выделением белого дыма и остатком кремнеземистой земли.Обладает резким запахом. запах, несколько напоминающий цианид; выпав в осадок в воде, он быстро всплывает, большей частью растворяется, но оставляет нерастворенным немного кремнистой земли; если количество воды небольшое, например по капле каждого, то хлоркремний всплывает и кремнезем становится нерастворенным в отслоенном, полупрозрачном состоянии. Эта жидкость аналогична соединению других электроотрицательных веществ с хлором. Реагирует как кислота с лакмусовой бумажкой, так что из-за своей летучести бумага краснеет на значительном расстоянии от места контакта. Это второй известный пример соединения, в котором кремний является летучим. При обычной температуре воздуха калий на него не действует; но если его нагреть в газе хлоркремния, он воспламеняется и горит с остатком связанного с кремнием калия. Кремний, нагретый в потоке газообразного йода , не мог с ним соединиться.)
  5. ^ Уайт, Джордж Клиффорд (1986). Справочник по хлорированию (2-е изд.). Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд. стр. 33–34. ISBN 0-442-29285-6.
  6. ^ Клагстон, М.; Флемминг, Р. (2000). Продвинутая химия . Издательство Оксфордского университета. п. 342. ИСБН 978-0199146338.
  7. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ ab Соединения кремния, галогениды кремния. Коллинз, В.: Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера; Джон Вили и сыновья, Inc, 2001.
  9. ^ «Какова длина связи HH?». Ответы.com .
  10. ^ Эбсворт, EAV в летучих соединениях кремния; Таубе, Х.; Мэддок, AG; Неорганическая химия; Книга Pergamon Press: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 1963; Том. 4.
  11. ^ Морган, Д.В.; Совет, К. (1991). Введение в полупроводниковую микротехнологию (2-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс, Англия: John Wiley & Sons. п. 23. ISBN 0471924784.
  12. ^ «Фирмы, занимающиеся солнечной энергетикой, оставляют отходы в Китае» . Вашингтон Пост . 9 марта 2008 г.
  13. ^ «Международные карты химической безопасности тетрахлорсилана» .