Binäre Silizium-Wasserstoff-Verbindungen - Binary silicon-hydrogen compounds

Chemische Struktur von Disilan , das strukturell Ethan ähnlich ist.

Binäre Silicium-Wasserstoff-Verbindungen sind gesättigte chemische Verbindungen mit der Summenformel Si x H y . Alle enthalten tetraedrisches Silizium und terminale Hydride. Sie haben nur Si-H- und Si-Si-Einfachbindungen. Die Bindungslängen betragen 146,0 pm für eine Si-H-Bindung und 233 pm für eine Si-Si-Bindung. Die Strukturen der Silane sind Analoga der Alkane , beginnend mit Silan , SiH
4 , das Analogon von Methan , weiter mit Disilan Si
2 H.
6 , das Analogon von Ethan usw. Sie sind hauptsächlich von theoretischem oder akademischem Interesse.

Inventar

Cyclopentasilan ist strukturell ähnlich wie Cyclopentan , nur größer.

Das einfachste Isomer eines Silans ist das, bei dem die Siliciumatome in einer einzigen Kette ohne Verzweigungen angeordnet sind. Dieses Isomer wird manchmal als n- Isomer bezeichnet ( n für "normal", obwohl es nicht unbedingt das häufigste ist). Die Kette der Siliciumatome kann jedoch auch an einem oder mehreren Punkten verzweigt sein. Die Anzahl möglicher Isomere nimmt mit der Anzahl der Siliciumatome schnell zu. Die Mitglieder der Reihe (in Bezug auf die Anzahl der Siliziumatome) folgen:

Silan , SiH
4 - ein Silizium und vier Wasserstoff
Disilan , Si
2 H.
6 - Ethanartige Struktur mit zwei Silizium- und sechs Wasserstoffatomen
Trisilan , Si
3 H.
8 - Propan-ähnliche Struktur mit drei Silizium- und 8 Wasserstoffatomen
Tetrasilan, Si
4 H.
10 - vier Silizium- und 10 Wasserstoffatome (zwei Isomere: Tetrasilan und Isotetrasilan, analog zu Butan und Isobutan)
Pentasilan, Si
5 H.
12 - fünf Silizium- und 12 Wasserstoffatome (drei Isomere: Pentasilan, Isopentasilan und Neopentasilan)

Silane werden benannt, indem das Suffix - Silan zum entsprechenden numerischen Multiplikatorpräfix hinzugefügt wird . Daher Disilan, Si
2 H.
6 ;; Trisilan Si
3 H.
8 ;; Tetrasilan Si
4 H.
10 ;; Pentasilan Si
5 H.
12 ;; usw. Das Präfix ist im Allgemeinen griechisch, mit Ausnahme von Nonasilan mit einem lateinischen Präfix und Undecasilan und Tridecasilan mit gemischtsprachigen Präfixen. Es sind auch polymere Festphasen-Siliciumhydride bekannt, die als Polysiliciumhydride bezeichnet werden. Wenn Wasserstoff in einem linearen polysilene Polysilicium Hydrid mit ersetzt Alkyl oder Aryl Seitengruppen, der Begriff Polysilan verwendet.

3-Silylhexasilan, H 3 SiSiH 2 SiH (SiH 3 ) SiH 2 SiH 2 SiH 3 , ist das einfachste chirale binäre nichtcyclische Siliciumhydrid.

Cyclosilane existieren ebenfalls. Sie sind strukturell analog zu den Cycloalkanen mit der Formel Si n H 2 n , n > 2.

Daten für kleine Silane
Silan Formel Siedepunkt [° C] Schmelzpunkt [° C] Dichte [g cm –3 ] (bei 25 ° C)
Silan SiH
4 		−112 −185 Gas
Disilane Si
2 H.
6 		−14 −132 Gas
Trisilane Si
3 H.
8 		53 −117 0,743
Cyclotrisilan  [ el ] Si
3 H.
6
Tetrasilan  [ de ; ru ] Si
4 H.
10 		108 −90 0,793
n- Pentasilan  [ de ; ru ] Si
5 H.
12 		153 −72,8 0,827
Cyclopentasilan Si
5 H.
10 		194 −10,5 0,963
n- Hexasilan  [ de ; ru ] Si
6 H.
14 		193.6 −44.7 0,847

Produktion

Frühe Arbeiten wurden von Alfred Stock und Carl Somiesky durchgeführt. Obwohl Monosilan und Disilan bereits bekannt waren, entdeckten Stock und Somiesky ab 1916 die nächsten vier Mitglieder der Si n H 2n + 2- Reihe bis zu n = 6. Sie dokumentierten auch die Bildung von polymeren Festphasen-Siliciumhydriden. Eines ihrer Syntheseverfahren involviert die Hydrolyse von Metall - Siliziden . Dieses Verfahren erzeugt eine Mischung von Silanen, die eine Trennung auf einer Hochvakuumleitung erforderten .

Die Silane (Si n H 2n + 2 ) sind thermisch weniger stabil als Alkane (C n H 2n + 2 ). Sie neigen zur Dehydrierung und ergeben Wasserstoff und Polysilane. Aus diesem Grund hat sich die Isolierung von Silanen, die höher als Heptasilan sind, als schwierig erwiesen.

Das Schlesinger-Verfahren wird verwendet, um Silane durch Umsetzung von Per- Chlorsilanen mit Lithiumaluminiumhydrid herzustellen .

Anwendungen

Hauptartikel: Silan § Anwendungen

Die einzige, aber bedeutende Anwendung für SiH 4 liegt in der Mikroelektronikindustrie . Durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung wird Silan durch thermische Zersetzung in Silizium umgewandelt:

SiH 4 → Si + 2 H 2

Retentive Silane mit antimikrobiellen Breitbandaktivitäten, geringer Zytotoxizität, die keine Krankheitserreger zulassen, werden zur Kontrolle der groben mikrobiellen Besiedlung verwendet.

Gefahren

Silan ist explosionsgefährlich, wenn es mit Luft gemischt wird (1 - 98% SiH 4 ). Andere niedere Silane können mit Luft ebenfalls explosive Gemische bilden. Die leichteren flüssigen Silane sind leicht entflammbar, aber dieses Risiko nimmt mit der Länge der Siliziumkette ab, wie von Peter Plichta entdeckt wurde. Silane über Heptasilan reagieren nicht spontan und können wie Benzin gelagert werden. Höhere Silane haben daher das Potenzial, Kohlenwasserstoffe als speicherbare Energiequelle zu ersetzen, mit dem Vorteil, nicht nur mit Sauerstoff, sondern auch mit Stickstoff zu reagieren.

Überlegungen zur Erkennung / Risikokontrolle:

  • Silan ist etwas dichter als Luft (Möglichkeit der Ansammlung in Bodennähe / Gruben)
  • Disilan ist dichter als Luft (Möglichkeit der Ansammlung in Bodennähe / Gruben)
  • Trisilan ist dichter als Luft (Möglichkeit der Ansammlung in Bodennähe / Gruben)

Nomenklatur

Hauptartikel: IUPAC-Nomenklatur der anorganischen Chemie 2005

Die IUPAC-Nomenklatur (systematische Benennung von Verbindungen) für Silane basiert auf der Identifizierung von Hydrosiliciumketten. Unverzweigte, gesättigte Hydrosiliciumketten werden systematisch mit einem griechischen numerischen Präfix benannt, das die Anzahl der Silikone und das Suffix "-Silan" angibt.

IUPAC-Namenskonventionen können verwendet werden, um einen systematischen Namen zu erstellen.

Die wichtigsten Schritte bei der Benennung komplizierterer verzweigter Silane sind folgende:

  • Identifizieren Sie die längste kontinuierliche Kette von Siliziumatomen
  • Benennen Sie diese längste Stammkette nach Standard-Namensregeln
  • Benennen Sie jede Seitenkette, indem Sie das Suffix des Silannamens von "-ane" in "-anyl" ändern, mit Ausnahme von "silan", das zu "silyl" wird.
  • Nummerieren Sie die Wurzelkette so, dass die Summe der jeder Seitengruppe zugewiesenen Nummern so niedrig wie möglich ist
  • Nummerieren und benennen Sie die Seitenketten vor dem Namen der Wurzelkette

Die Nomenklatur entspricht der von Alkylradikalen .

Silane können auch wie jede andere anorganische Verbindung benannt werden; In diesem Benennungssystem wird Silan als Siliciumtetrahydrid bezeichnet . Bei längeren Silanen wird dies jedoch umständlich.

Siehe auch

Verweise