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硅烷是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式為 SiH4，是一種 14 族氫化物。 它是一種無色、自燃的氣體，具有刺鼻、令人厭惡的氣味，有點(diǎn)類似于乙酸的氣味。 硅烷作為元素硅的前體具有實(shí)際意義。
“硅烷”是指在硅上具有四個(gè)取代基的許多化合物，包括有機(jī)硅化合物。 例子包括三氯硅烷(SiHCl 3 )、四甲基硅烷(Si(CH 3 ) 4 )和四乙氧基硅烷(Si(OC 2 H 5 ) 4 )。
生產(chǎn)
商業(yè)規(guī)模航線
另請參閱：直接過程
硅烷可以通過多種途徑生產(chǎn)。通常，它是由氯化氫與硅化鎂的反應(yīng)產(chǎn)生的：
Mg2Si + 4 HCl → 2 MgCl2 + SiH4
它也是由冶金級硅通過兩步工藝制備而成。 首先，根據(jù)化學(xué)方程式，在約 300 °C 下用氯化氫處理硅，生成三氯硅烷 (HSiCl3) 以及氫氣：
Si + 3 HCl → HSiCl3 + H2
然后將三氯硅烷轉(zhuǎn)化為硅烷和四氯化硅的混合物。 這種再分配反應(yīng)需要催化劑：
4 HSiCl3 → SiH4 + 3 SiCl4
該過程最常用的催化劑是金屬鹵化物，特別是氯化鋁。 這被稱為重新分布反應(yīng)，它是涉及相同中心元件的雙重位移。 即使硅的氧化數(shù)沒有變化（硅在所有三種物質(zhì)中的標(biāo)稱氧化數(shù)為 IV），也可以將其視為歧化反應(yīng)。 然而，氧化數(shù)概念對于共價(jià)分子（甚至極性共價(jià)分子）的實(shí)用性是不明確的。 硅原子可以合理地解釋為在 SiCl4 中具有最高的形式氧化態(tài)和部分正電荷，在 SiH4 中具有最低的形式氧化態(tài)，因?yàn)?Cl 的電負(fù)性遠(yuǎn)高于 H。
另一種制備非常高純度硅烷的工業(yè)工藝，適用于生產(chǎn)半導(dǎo)體級硅，從冶金級硅、氫氣和四氯化硅開始，涉及一系列復(fù)雜的再分配反應(yīng)（產(chǎn)生的副產(chǎn)物可在 過程）和蒸餾。 反應(yīng)總結(jié)如下：
Si + 2 H2 + 3 SiCl4 → 4 SiHCl3
2 SiHCl3 → SiH2Cl2 + SiCl4
2 SiH2Cl2 → SiHCl3 + SiH3Cl
2 SiH3Cl → SiH4 + SiH2Cl2
通過該路線生產(chǎn)的硅烷可以熱分解一次生產(chǎn)高純硅和氫氣。
還有其他生產(chǎn)硅烷的工業(yè)路線包括用氫化鈉 (NaH) 還原 SiF4 或用氫化鋁鋰 (LiAlH4) 還原 SiCl4。
硅烷的另一種商業(yè)生產(chǎn)涉及在高壓下在氯化鋁 (AlCl3) 和氯化鋁 (AlCl3) 混合物中的 Al 和 H2 氣體下還原二氧化硅 (SiO2)：
3 SiO2 + 6 H2 + 4 Al → 3 SiH4 + 2 Al2O3
實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的路線
1857年，德國化學(xué)家Heinrich Buff和Friedrich Woehler在他們先前制備的硅化鋁與鹽酸作用形成的產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了硅烷。 他們將這種化合物稱為硅脲氫。
對于課堂演示，可以通過將砂子與鎂粉加熱以產(chǎn)生硅化鎂 (Mg2Si)，然后將混合物倒入鹽酸中來生產(chǎn)硅烷。 硅化鎂與酸反應(yīng)產(chǎn)生硅烷氣體，硅烷氣體與空氣接觸時(shí)燃燒并產(chǎn)生微小爆炸。 這可以歸類為非均相[需要澄清]酸堿化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)?Mg2Si 反螢石結(jié)構(gòu)中孤立的 Si4 - 離子可以充當(dāng)能夠接受四個(gè)質(zhì)子的 Br?nsted-Lowry 堿。 可以寫成：
4 HCl + Mg2Si → SiH4 + 2 MgCl2
一般來說，堿土金屬形成具有以下化學(xué)計(jì)量的硅化物：MII2Si、MIISi和MIISi2。 在所有情況下，這些物質(zhì)都會(huì)與布朗斯臺德-洛瑞酸反應(yīng)，產(chǎn)生某種類型的硅氫化物，該氫化物取決于硅化物中的硅陰離子連接性。 可能的產(chǎn)物包括SiH4和/或同系SinH2n+2中的更高分子、聚合氫化硅或硅酸。 因此，MIISi 及其鋸齒形的 Si2 - 陰離子鏈（每個(gè) Si 陰離子上包含兩個(gè)可以接受質(zhì)子的孤對電子）產(chǎn)生聚合氫化物 (SiH2)x。
另一種小規(guī)模生產(chǎn)硅烷的途徑是鈉汞齊與二氯硅烷 SiH2Cl2 作用，生成甲硅烷以及一些黃色聚合氫化硅 (SiH)x。
特性
硅烷是甲烷的硅類似物。 由于氫的電負(fù)性比硅更大，因此這種 Si-H 鍵的極性與甲烷的 C-H 鍵的極性相反。 這種相反極性的結(jié)果之一是硅烷更容易與過渡金屬形成絡(luò)合物。 第二個(gè)結(jié)果是硅烷會(huì)自燃
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