Силани – група хімічних сполук , спільною ознакою яких є наявність центрального атома кремнію , до якого σ-зв’язками приєднані будь-які чотири замісники. Загальна формула SinH2n+2.
Властивості силанів
Властивості силанів безпосередньо залежать від замісників. Порівняно з аналогічними сполуками вуглецю, силани, як правило, більш реакційноздатні через сильнішу поляризацію зв’язків кремній- неметал, ніж зв’язок вуглець -неметал.
- Алкілсилани та арилсилани є стабільними, хімічно стійкими рідинами або твердими речовинами.
- Чисті галогенні силани (без інших заступників) є газами (тетрафторсилан, тетрахлорсилан) або рідинами (тетрабромсилан, тетрайодсилан), які є досить реакційноздатними. Вони спонтанно реагують з водою, кислотами та основами .
- Гідросилани дещо менш реакційноздатні, ніж галогенсилани, але зв’язки Si-H також чутливі до гідролізу та легко реагують із сильнішими кислотами та основами.
- Силаноли, в яких решта груп не мають характеристик сильних електрофілів або не мають особливого просторового розвитку, піддаються спонтанній конденсації з виділенням води та утворенням зв’язку Si-O-Si. Силаноли, заміщені сильними електрофілами або групами з високими стеричними перешкодами, є відносно стабільними, і для їх конденсації потрібні жорсткі умови.
- Алкоксисилани, якщо вони не мають сильно електрофільних або утруднених замісників, також досить реакційноздатні, хоча трохи менше, ніж галогенсилани та силаноли. Вони реагують з водою в кислих або лужних умовах, але не реагують у нейтральних умовах. В результаті гідролізу утворюються відповідні силаноли і спирти .
Силани за типом груп, приєднаних до атома кремнію, поділяються:
- гідросилани – мають принаймні один зв’язок Si-H (гідросилани, що складаються виключно з атомів кремнію та водню, є силанами )
- аліфатичні силани – мають тільки аліфатичні групи
- силани ароматичні – мають ароматичні групи
- галогенсилани – в яких є принаймні один атом галогену ( фтор , хлор , бром , йод ), приєднаний безпосередньо до атома кремнію
- силаноли – мають хоча б одну гідроксильну групу
- алкоксисилани – з алкоксигрупами .
- полісилани – в яких є ланцюг -Si-Si-Si-
Отримання силанів
Силани в промисловості отримують за таким циклом:
- з кремнезему , зазвичай у вигляді очищеного піску , виплавляють чистий кремній
- хлорсилани, алкілхлорсилани, фторосилани та гідросилани отримують прямим синтезом газифікованого кремнію з хлором, синтез-газом , фтором , воднем відповідно при високій температурі на мідних каталізаторах
- хлорсилани взаємодіють з водою або спиртами , утворюючи силаноли та алкоксисилани.
Застосування силанів
Силани складають основу металоорганічної хімії сполук кремнію та хімії силіконів.
Важливе застосування SiH 4 — це мікроелектронна промисловість. За допомогою металоорганічного хімічного осадження з парової фази силан перетворюється на кремній шляхом термічного розкладання:
SiH4 → Si + 2H2
Виробництво недорогих сонячних фотоелектричних модулів призвело до значного споживання силану для нанесення (PECVD) гідрогенізованого аморфного кремнію (a-Si:H) на скло та інші підкладки, такі як метал і пластик.
Небезпеки силанів
Силан вибухонебезпечний при змішуванні з повітрям (1 – 98% SiH4). Інші нижчі силани також можуть утворювати вибухові суміші з повітрям. Більш легкі рідкі силани є легкозаймистими; цей ризик зростає з довжиною силіконового ланцюга.
Повідомлялося про низку смертельних нещасних випадків на виробництві, спричинених горінням і детонацією витоку силану в повітрі.