Связанные кремний- хлор молекулы

Кремний — хлор , связанный молекулы не встречается в природе и полностью синтетические. Это семейство включает силан, монохлорсилан (MCS), дихлорсилан (DCS), трихлорсилан (TCS) и тетрахлорид кремния (STC), и в общем известны как хлорсиланы.

Необычные / интересные свойства

Хлорсиланы несовместимы с водой и стабильны только в полностью нулевой среде. За исключением тетрахлорида кремния , эти соединения также несовместимы с кислородом. Воду и хлорсиланы можно рассматривать как вещество и антивещество, поскольку любая смесь вызовет взаимную аннигиляцию и приведет к значительному экзотермическому воздействию. В таком случае соединение в большем молярном количестве останется для поглощения экзотермической реакции. Продукты реакции воды и / или кислорода включают различные молекулы, связанные с кислородом кремния , а также комбинацию водорода и хлористого водорода .

STC не реагирует с кислородом, горение или дальнейшее окисление невозможно. Горючесть / взрывоопасность увеличивается по мере того, как молекула хлорсилана становится более гидрогенизированной / менее хлорированной. Газ силан пирофорен во всех формах, кроме наиболее чистой, и имеет аналогичный тротиловый эквивалент метан. Примеси в силане порядка частей на миллиард приведут к тому, что силан будет пирофорным (как сообщается другими), включая дисилан и дисилоксан.

Реакция хлорсиланов с влагой происходит мгновенно и интенсивно. Они будут реагировать с гидратацией любых солей или с влагой, адсорбированной на металлических поверхностях или в порах материалов. Попадание на кожу приведет к удалению мякоти с открытых участков. Вдыхание этих соединений приведет к разрушению слизистых оболочек и легочной ткани. При обращении с этими соединениями необходимо соблюдать особую осторожность. DCS, вероятно, представляет наибольшую опасность воздействия из семейства гомологов, поскольку он все еще довольно реактивен с любым источником влаги, а также имеет взрывоопасную и захватывающую землю природу эфира. Силан обычно обрабатывают некоррозионным пирофорным газом, но при достаточной очистке может иметь место задержка воспламенения, которая приводит к детонации.

Характеристики

Хлорсиланы обладают необычными физическими свойствами, сочетающими низкую вязкость, низкую теплопроводность, низкое поверхностное натяжение и низкую теплоемкость, но при этом имеют умеренную плотность жидкости. У них также низкая скрытая теплота испарения и высокая летучесть. В совокупности это означает, что они плохо проводят тепло, легко протекают и могут образовывать облака взрывоопасных паров при выбросе в атмосферу. Они будут проникать во все резиновые герметики и обычные пластмассы, разбухая и делая их хрупкими. Их низкая смазывающая способность требует использования герметичных насосов специальных типов: роторного насосного оборудования с магнитным приводом недостаточно.

Тефлон и другие фторуглероды являются подходящими герметиками, но только в чистом виде и при низкой температуре. Если такие фторуглероды сделать более гибкими с помощью пластификаторов, хлорсиланы будут растворять их.

Хлорсиланы не вызывают коррозии углеродистой стали и других металлов, но выщелачивают фосфор, обычно содержащийся в металлических сплавах. Поэтому при изготовлении электронного силикона в качестве материала конструкции используется нержавеющая сталь, травленная кислотой или электрополированная. В герметиках в электронном оборудовании вместо эластомеров используются никелированные уплотнительные кольца. Всегда предпочтительны уплотнения «металл-металл».

Склеивание

Хотя хлорсиланы классифицируются как неорганические соединения, они обладают ковалентной связью и номинальной тетраэдрической молекулярной структурой, почти такой же, как хлорметаны. Силан и STC не имеют дипольного момента. Молекула TCS имеет небольшой дипольный момент 0,86 Дебая, при этом три атома хлора разнесены по своим валентным углам почти до 120 ° плоской формы. MCS имеет самый большой дипольный момент семейства на 1,31 Дебая. DCS имеет V-образную молекулярную структуру с дипольным моментом 1,17 Дебая. Различные формы молекул способствуют значительным бинарным взаимодействиям в свойствах их смесей.

Аналогичны хлорметаны, хлорсиланы могут образовывать алифатические структуры , состоящие из 2-4 кремния — кремний связи (например, tetrasilane и octochloro-трисилан). Высшие молекулы хлорсилана с пятью или более членами кремния имеют тенденцию образовывать кольцевые соединения, подобные их углеродным аналогам. Однако нет никаких свидетельств наличия стабильной двойной или тройной связи кремний — кремний .

Одно из наиболее необычных свойств хлорсиланов — легкость диспропорционирования. Например, в такой реакции две молекулы TCS образуют одну молекулу DCS и одну молекулу STC. Подобные реакции происходят с DCS и MCS. Для управления этими реакциями диспропорционирования служат самые разные катализаторы, включая амины со средней длиной цепи, имины, нитрилы и хлорированные кислоты Льюиса (например, FeCl3 и AlCl3). Даже наименьшего количества таких катализаторов в жидкой или паровой фазе хлорсиланов будет достаточно, чтобы вызвать диспропорционирование. Диспропорционирование будет происходить при низких температурах, но не в твердой фазе.

Это свойство диспропорционирования вызывает много беспокойства у химиков-аналитиков, поскольку они не могут легко получить чистые образцы для калибровки своих анализаторов, если они не примут особых мер предосторожности при предварительной очистке, не используют специальную подготовку своих анализаторов и не используют специально сконструированные контейнеры для образцов.

Однако легкость диспропорционирования позволяет хлорсиланам быть предпочтительным средством для манипулирования соединениями кремния в целях очистки. В результате разложения очищенных хлорсиланов образуются все современные полупроводники, интегральные схемы и большинство фотоэлектрических солнечных батарей. См. Приложения / Использование ниже.

Синтез хлорсилана всегда начинается с образования TCS в результате реакции нечистого кремния с HCl. Синтез может быть осуществлен либо напрямую (Si + 3HCl → TCS + H2), либо косвенно с использованием процесса рециклирования STC и водорода (Si + 3STC + 2H2 → 4TCS).

В более современном непрямом методе STC и водород вызывают образование HCl in situ, которая реагирует с образованием TCS. Непрореагировавшие STC и H2 возвращаются обратно. Поскольку косвенным методом образуется меньше нежелательных побочных продуктов, он используется чаще.

После образования TCS можно использовать стадии диспропорционирования и очистки для получения DCS, MCS или силана. Поскольку в результате диспропорционирования элемента 5 STC становится побочным продуктом, метод косвенного синтеза TCS позволяет повторно использовать этот STC. См. Также модуль « Молекулы кремний- углеродного хлора».

Основные области применения / использования

Основное применение хлорсиланов — очистка кремния от нечистой формы до высокоочищенной формы для использования в полупроводниках и для использования в солнечной фотогальванике.

Кварцитовая руда — это широко распространенный минерал, который добывается во многих местах по всему миру. При объединении с коксом или древесным углем в электродуговой печи содержание кремнезема в кварците уменьшается до образования нечистого кремния и диоксида углерода.

Затем нечистый кремний превращается в TCS одним из двух путей (см. Выше Свойства, пункт 6), а TCS либо очищается, либо превращается в DCS или силан путем диспропорционирования (см. Свойства выше, пункт 5). Такая очистка представляет собой комбинацию перегонки с обратным холодильником, адсорбции и использования молекулярных сит. После разложения и рециркуляции побочных продуктов полученный кремний имеет несколько важных применений (см. Модуль «Элементный кремний» ). Без химического пути через хлорсиланы не наступила бы современная электронная эра, и компьютеры по-прежнему работали бы на электронных лампах. Фотоэлектрические панели все еще оставались бы лабораторными диковинками.

Высокотемпературное горение STC с водородом при 800-900 ° C с последующим быстрым охлаждением на воздухе приводит к получению стабильного твердого аморфного монооксида кремния , также известного как коллоидный диоксид кремния. Смотрите модуль на Silicon -кислород связанных молекул.

Хлорсиланы используются для модификации реакций при производстве силиконов в качестве сшивающего агента, особенно TCS и DCS.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *