Silāni

Silāni (silīcijūdeņraži, silīcija hidrīdi) — silīcija binārie savienojumi ar ūdeņradi, kopīgā formula Si_nH_2n+2. Silāni ir piesātināto ogļūdeņražu analogi. Vienkāršākais silāns ir silīcija tetrahidrīds SiH₄, ko sauc par monosilānu vai vienkārši par silānu.

Silāni
Vienkāršākā silāna struktūrformula Silāna molekulas modelis
Citi nosaukumi	Silīcija tetrahidrīds, silīcija hidrīds, monosilāns, silikāns
CAS numurs	7803-62-5
Ķīmiskā formula	SiH4
Molmasa	32,12 g/mol
Blīvums	0,7 g/ml (šķidrums) 1,342 kg/m3 (gāze) kg/m3
Kušanas temperatūra	88 K (−185 °C)
Viršanas temperatūra	161 K (−112 °C)
Šķīdība ūdenī	nešķīst, lēna hidrolīze

Fizikālās īpašības

Pēc molekulu uzbūves silāni līdzīgi alkāniem. Monosilāns SiH₄ un disilāns Si₂Н₆ ir bezkrāsas gāzes ar pretīgu smaku, trisilāns Si₃Н₈ - bezkrāsas, indīgs, gaistošs šķidrums. Homologās rindas augšējie locekļi ir cietas vielas. Silāni šķīst etanolā, benzīnā, organosilānos, CS₂. Silāniem un alkāniem ir līdzīgas formulas, bet dažādas īpašības.

Īpašības

Silāni gaisā uzliesmo (Si₂Н₆) vai sadalās ar sprādzienu. Termiski visstabilākais ir monosilāns (saites enerģija Si—H = 364 kJ/mol).

Silāni ļoti viegli oksidējas. Pat pie sašķidrināta gaisa temperatūras skābekļa klātbūtnē monosilāns oksidējas uzliesmojot. Atkarībā no reakcijas apstākļiem, oksidēšanās rezultātā rodas vai nu SiO₂, vai arī starpvielas:

SiH₄(gāzveida) + 2O₂ → SiO₂ + 2H₂O ΔH^o₂₉₈ = −1357 kJ

Silāni ir labi reducētāji, tie pārveido КМnО₄ par MnO₂, Hg(II) par Hg(I), Fe(III) par Fe(II) utt. Silāni stabili neitrālā un skābā vidē, taču viegli hidrolizējas pat pie minimāla ОН⁻ jonu daudzuma:

SiH₄ + 4ОН⁻ → SiO₄⁴⁻ + 4Н₂↑

SiH₄ + 2Н₂О → SiO₂ + 4Н₂↑

SiH₄ + 2NaOH + Н₂О → Na₂SiO₃ + 4Н₂↑

Reakcija norit kvantitatīvi un to var izmantot silāna kvantitatīvai noteikšanai. Sārma iedarbības rezultātā iespējams arī saraut saiti Si—Si:

H₃Si—SiH₂—SiH₃ + 6H₂O → 3SiO₂ + 10H₂

Ar halogēniem silāni reaģē sprādzienveidīgi, pie zemām temperatūrām izveidojas silīcija halogenīdi. Pie spiediena virs 50 atm monosilāns sadalās.

Atšķirība no ogļūdeņražiem

Tā kā saites Si—Si un Si—H ir vājākas par saitēm C—C un C—H, silāni atšķiras no ogļūdeņražiem ar mazāku stabilitāti un paaugstinātu reaģēšanas spēju. Silānu blīvums, vārīšanās un kušanas temperatūras ir augstākas par attiecīgo ogļūdeņražu fizikālo lielumu vērtībām.

Iegūšana

Parasti silānus iegūst, ar skābēm sadalot metālu silicīdus, piemēram, magnija silicīdu:

Mg₂Si + 4H⁺ → 2Mg²⁺ + SiH₄↑

Monosilāna sintēzei izmanto trietoksisilāna sadalīšanos Na klātbūtnē uzsildītā (t=80 °C) vidē:

4SiH(OC₂H₅)₃ → SiH₄↑ + 3Si(OC₂H₅)₄

vai arī, izmantojot reakciju:

Li[AlH₄] + SiCl₄ → SiH₄↑ + LiCl↓ + AlCl₃

Pielietošana

Izmanto dažādās organiskās sintēzes reakcijās (lai iegūtu vērtīgus silīcijorganiskos polimērus), ļoti tīra silīcija iegūšanai mikroelektroniskās rūpniecības vajadzībām.

Literatūra

• Б. Д. Степин, А. А. Цветков Неорганическая химия: Учебник для химических и химико-технологических специальных вузов. — М. — ISBN 5-06-001740-0 (krieviski)