stringtranslate.com

Тетрахлорид кремния

Тетрахлорид кремния или тетрахлорсилан — неорганическое соединение с формулой SiCl4 . Это бесцветная летучая жидкость , которая дымит на воздухе . Используется для производства высокочистого кремния и кремнезема для коммерческих применений. Является частью семейства хлорсиланов .

Подготовка

Тетрахлорид кремния получают путем хлорирования различных соединений кремния, таких как ферросилиций , карбид кремния или смеси диоксида кремния и углерода. Наиболее распространенным является путь ферросилиция. [3]

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

Si + 2Cl 2 → SiCl 4

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

Рассол может быть загрязнен кремнием , когда производство хлора является побочным продуктом процесса очистки металла из руды хлорида металла. В редких случаях диоксид кремния в кремнии преобразуется в тетрахлорид кремния, когда загрязненный рассол подвергается электролизу . [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

Реакцию можно заметить при контакте жидкости с воздухом, поскольку пары SiCl 4 выделяют дым, реагируя с влагой и образуя облачный аэрозоль кремнезема и соляной кислоты . [6] Напротив, четыреххлористый углерод нелегко гидролизуется.

Со спиртами реагирует с образованием ортосиликатных эфиров :

SiCl 4 + 4 ROH → Si(OR) 4 + 4 HCl

Хлориды поликремния

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

Si + 2SiCl 4 → Si 3 Cl 8

Фактически хлорирование кремния сопровождается образованием гексахлордисилана Si2Cl6 . Из смеси методом фракционной перегонки можно выделить ряд соединений, содержащих в цепи до шести атомов кремния . [1]

Реакции с другими нуклеофилами

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

4 RLi + SiCl 4 → R 4 Si + 4 LiCl

Восстановление гидридными реагентами дает силан .

Сравнение с другими SiX4соединения

Использует

Тетрахлорид кремния используется в качестве промежуточного продукта при производстве поликремния , сверхчистой формы кремния, [3] , поскольку он имеет температуру кипения, удобную для очистки путем повторной фракционной перегонки . Он восстанавливается до трихлорсилана (HSiCl3 ) водородным газом в реакторе гидрирования и либо напрямую используется в процессе Сименса , либо далее восстанавливается до силана (SiH4 ) и вводится в реактор с псевдоожиженным слоем . Тетрахлорид кремния снова появляется в обоих этих двух процессах как побочный продукт и рециркулируется в реакторе гидрирования. Была проведена парофазная эпитаксия восстановления тетрахлорида кремния водородом при температуре приблизительно 1250 °C:

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

Полученный поликремний в больших количествах используется в фотоэлектрической промышленности для традиционных солнечных элементов из кристаллического кремния , а также в полупроводниковой промышленности.

Тетрахлорид кремния также может быть гидролизован до коллоидного кремния . Тетрахлорид кремния высокой чистоты используется в производстве оптических волокон. Этот сорт не должен содержать примесей, содержащих водород, таких как трихлорсилан. Оптические волокна изготавливаются с использованием таких процессов, как MCVD и OFD, где тетрахлорид кремния окисляется до чистого кремния в присутствии кислорода.

В качестве сырья при производстве плавленого кварца .

Вопросы безопасности и охраны окружающей среды

Загрязнение от производства тетрахлорида кремния было зарегистрировано в Китае в связи с возросшим спросом на фотоэлектрические элементы, который был стимулирован программами субсидирования. [12] В MSDS отмечается, что следует «избегать любого контакта! Во всех случаях обращаться к врачу! (...) вдыхание вызывает боль в горле и жжение». [13]

Гидролиз тетрахлорида кремния водой добавляет к вреду, наносимому кислотой, опасность абразивного воздействия кремнезема на кислотную реакцию соляной кислоты, усугубляя ущерб от коррозионного воздействия кислоты.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc PW Schenk (1963). "Фторид фосфора(V)". В G. Brauer (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Т. 1. NY, NY: Academic Press. С. 282–683.
  2. ^ ab Zumdahl, SS (2009). Химические принципы (6-е изд.). Houghton Mifflin. стр. A22. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ ab Simmer, W. "Silicon Compounds, Inorganic". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a24_001. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Берцелиус, Жак. (1824 г.). «Undersökning af flusspatssyran och dess 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, лемнар этого кисельорда и образует скелет. […] Кремний скользит в воздухе iod gas, har icke kunnat fås att dermed förbinda sig » (При нагревании кремния в потоке хлора он воспламеняется и горит, а также, если газ содержал атмосферный воздух, то 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, потерял ли он свою воспламеняемость на воздухе или нет. Продукт сгорания конденсируется и образует жидкость, которая при освобождении от нее должна быть бесцветной. Эта жидкость довольно летучая и легко текучая; она испаряется на открытом воздухе, почти мгновенно, с выделением белого дыма и с остатком кремнистой земли. Имеет резкий запах, несколько похожий на запах цианида; осажденный в воде, он быстро всплывает, растворяется большей частью, но оставляет немного кремнистой земли нерастворенной; если количество воды мало, например , капля каждого, то хлорокремний плавает вокруг, а кремний становится нерастворенным в отслоенном, полупрозрачном состоянии. Эта жидкость аналогична соединению других электроотрицательных веществ с хлором. Реагирует как кислота с лакмусовой бумажкой, так что, по его летучести, бумага краснеет на значительном расстоянии от точки контакта. Это второй известный пример соединения, в котором кремний летуч. При обычной температуре воздуха калий на него не действует; (Но если его нагреть в газе хлоркремния, он воспламеняется и горит, оставляя остаток калия, связанного с кремнием. Кремний, нагретый в потоке йодного газа, не может быть соединен с ним.)
  5. ^ Уайт, Джордж Клиффорд (1986). Справочник по хлорированию (2-е изд.). Нью-Йорк: Van Nostrand Reinhold. С. 33–34. ISBN 0-442-29285-6.
  6. ^ Клагстон, М.; Флемминг, Р. (2000). Продвинутая химия . Oxford University Press. стр. 342. ISBN 978-0199146338.
  7. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ ab Кремниевые соединения, Галогениды кремния. Коллинз, У.: Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера; John Wiley & Sons, Inc, 2001.
  9. ^ "Какова длина связи HH?". Answers.com .
  10. ^ Эбсворт, EAV В Летучие соединения кремния; Таубе, Х.; Мэддок, AG; Неорганическая химия; Pergamon Press Book: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 1963; Том 4.
  11. ^ Морган, Д.В.; Борд, К. (1991). Введение в полупроводниковую микротехнологию (2-е изд.). Чичестер, Западный Сассекс, Англия: John Wiley & Sons. стр. 23. ISBN 0471924784.
  12. ^ «Компании солнечной энергетики оставляют отходы в Китае». The Washington Post . 9 марта 2008 г.
  13. ^ «Международные карты химической безопасности Тетрахлорсилан».