Силаны — это насыщенные химические соединения с эмпирической формулой Si x H y . Они являются гидросиланами , классом соединений, включающим соединения с Si−H и другимисвязями Si−X . Все они содержат тетраэдрический кремний и терминальные гидриды. Они имеют только одинарные связи Si−H и Si−Si . Длины связей составляют 146,0 пм для связи Si−H и 233 пм для связи Si−Si . Структуры силанов являются аналогами алканов , начиная с силана , SiH 4 , аналога метана , продолжая дисиланом Si 2 H 6 , аналогом этана , и т. д. Они в основном представляют теоретический или академический интерес. [1]
Простейшим изомером силана является тот, в котором атомы кремния расположены в одну цепочку без ответвлений. Этот изомер иногда называют n -изомером ( n означает «нормальный», хотя это не обязательно самый распространенный). Однако цепочка атомов кремния может также быть разветвленной на одном или нескольких атомах кремния. Число возможных изомеров быстро увеличивается с числом атомов кремния. Члены ряда (по числу атомов кремния) следующие:
Силаны называются путем добавления суффикса -силан к соответствующему числовому множителю . Таким образом, дисилан, Si 2 H 6 ; трисилан Si 3 H 8 ; тетрасилан Si 4 H 10 ; пентасилан Si 5 H 12 ; и т. д. Префикс обычно греческий, за исключением нонасилана, который имеет латинский префикс, и ундекасилана и тридекасилана, которые имеют префиксы из смешанных языков. Известны также твердофазные полимерные гидриды кремния, называемые гидридами поликремния . Когда водород в линейном полисилене гидриде поликремния заменяется алкильными или арильными боковыми группами, используется термин полисилан .
3-Силилгексасилан, H 3 Si-SiH 2 -SiH(-SiH 3 )-SiH 2 -SiH 2 -SiH 3 , представляет собой простейший хиральный бинарный нециклический гидрид кремния.
Существуют также циклосиланы. Они структурно аналогичны циклоалканам , с формулой Si n H 2 n , n > 2.
Ранние работы были проведены Альфредом Стоком и Карлом Сомиецки. [2] Хотя моносилан и дисилан уже были известны, Сток и Сомиецки открыли, начиная с 1916 года, следующие четыре члена ряда Si n H 2 n +2 , до n = 6. Они также задокументировали образование твердофазных полимерных гидридов кремния. [3] Один из их методов синтеза включал гидролиз силицидов металлов . Этот метод производит смесь силанов, которая требовала разделения на линии высокого вакуума. [4] [5] [6]
Силаны ( Si n H 2 n +2 ) менее термически стабильны, чем алканы ( C n H 2 n +2 ). Они склонны подвергаться дегидрированию , давая водород и полисиланы. По этой причине выделение силанов выше гептасилана оказалось затруднительным. [7]
Процесс Шлезингера используется для получения силанов путем реакции перхлорсиланов с алюмогидридом лития .
Единственное, но важное применение SiH 4 — это микроэлектронная промышленность. С помощью химического осаждения из паров металлоорганических соединений силан преобразуется в кремний путем термического разложения :
Силан взрывоопасен при смешивании с воздухом (1–98% SiH4 [ необходимо разъяснение ] ). Другие низшие силаны также могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Более легкие жидкие силаны легко воспламеняются; этот риск увеличивается с длиной кремниевой цепи.
Соображения по обнаружению/контролю риска:
Номенклатура ИЮПАК (систематический способ наименования соединений) для силанов основана на идентификации гидрокремниевых цепей. Неразветвленные, насыщенные гидрокремниевые цепи именуются систематически с греческим числовым префиксом, обозначающим количество кремний, и суффиксом «-силан».
Для создания систематического названия можно использовать правила наименования ИЮПАК.
Ключевые этапы в наименовании более сложных разветвленных силанов следующие:
Номенклатура аналогична номенклатуре алкильных радикалов.
Силаны также могут быть названы как и любое другое неорганическое соединение; в этой системе наименования силан называется тетрагидрид кремния . Однако с более длинными силанами это становится громоздким.