실레인
Silane
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| 이름 | |||
|---|---|---|---|
| IUPAC 이름 실레인 | |||
기타 이름
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| 식별자 | |||
3D 모델(JSmol) | |||
| 체비 | |||
| 켐스파이더 | |||
| ECHA InfoCard | 100.029.331  | ||
| 273 | |||
펍켐 CID | |||
| RTECS 번호 |
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| 유니 | |||
| UN 번호 | 2203 | ||
CompTox 대시보드 (EPA) | |||
| 특성. | |||
| H4SI | |||
| 어금질량 | 32.1987 g·messages−1 | ||
| 외관 | 무색 가스 | ||
| 냄새 | 혐오[1] | ||
| 밀도 | 1.313 g/L[2] | ||
| 녹는점 | -185°C(-301.0°F, 88.1K)[2] | ||
| 비등점 | -111.9°C(-169.4°F, 161.2K)[2] | ||
| 천천히[2] 반응한다. | |||
| 증기압 | >1 atm (20 °C)[1] | ||
| 콘게이트산 | 실라늄(때로는 실로늄으로 표기되기도 함) | ||
| 구조 | |||
| 사면체 r(Si-H) = 1.4798 å[3] | |||
| 0 D | |||
| 열화학[4] | |||
열 용량 (C) | 42.81 J/몰·K | ||
성 어금니 엔트로피 (S | 204.61 J/몰·K | ||
의 성 엔탈피 대형화 (ΔfH⦵298) | 34.31 kJ/mol | ||
기브스 자유 에너지 (ΔfG˚) | 56.91 kJ/mol | ||
| 위험 | |||
| 주요 위험 | 공기 중 극도의 인화성, 화쇄성 | ||
| 안전자료표 | ICSC 0564 | ||
| NFPA 704(화재 다이아몬드) | |||
| 플래시 포인트 | 해당 없음, 화로포리 가스 | ||
| ~ 18°C(64°F, 291K) | |||
| 폭발 한계 | 1.37–100% | ||
| NIOSH(미국 건강 노출 제한): | |||
PEL(허용) | 없음[1] | ||
REL(권장) | TWA 5ppm(7mg/m3)[1] | ||
IDLH(즉시 위험) | N.D.[1] | ||
| 관련 화합물 | |||
관련 테트라하이드 화합물 | 메탄 게르마네 스타나인 플럼베인 | ||
관련 화합물 | 페닐실레인 비닐실레인 디스틸레인 트리실레인 | ||
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다. | |||
 이버라이시  (?) | |||
| Infobox 참조 자료 | |||
실레인은 4개의 부착물이 있는 하나의 중앙 실리콘 원자의 분자다. 부착물은 유기체 또는 무기체 집단의 어떤 조합이 될 수 있다. 화학식인 SiH가4 첨가된 무기 화합물인 실란 테트라하이드화(Silane Tetrahardide)가 그 예로서 14개의 하이드라이드를 그룹화한다. 무색, 화로포린, 독성 가스인데, 날카롭고 혐오스러운 냄새가 나며, 아세트산과 어느 정도 비슷하다.[5] 실레인은 원소 실리콘의 전구체로서 실용적 관심이 있다. 알킬 그룹이 있는 실레인은 콘크리트나 석조 같은 광물 표면에 효과적인 방수제다. 유기물 및 무기물 부착물을 모두 갖춘 사일런스가 연결제로 사용된다.
'사일레인'은 오르가노실리콘 화합물을 포함해 실리콘에 4가지 대체물이 있는 많은 2진 실리콘-수소 화합물과 화합물을 말한다. 트리클로로로실레인(SiHCl3), 테트라메틸실레인(Si(CH325)),4 테트라메톡시실레인(OCH) 등이 대표적이다.4
생산
상업적 규모의 노선
실레인은 여러 경로로 생산될 수 있다.[6] 일반적으로 염화수소와 마그네슘 규산염의 반응에서 발생한다.
- Mg2Si + 4 HCl → 2 MgCl2 + SiH4
또한 2단계 공정에서 야금 등급 실리콘으로부터도 준비된다. 첫째, 실리콘은 약 300 °C에서 염화수소로 처리되어 수소 가스와 함께 트리클로로실레인, HSiCl을3 생산한다.
- Si + 3 HCl → HsiCl32 + H
그리고 나서 트리클로로로실레인은 실레인과 실리콘 테트라클로라이드의 혼합물로 변환된다. 이러한 재분배 반응에는 다음과 같은 촉매가 필요하다.
- 4 HSiCl3 → SiH4 + 3 SiCl4
이 과정에 가장 일반적으로 사용되는 촉매제는 금속 할리드, 특히 염화알루미늄이다. 이를 재분배 반응이라고 하는데, 이는 동일한 중심 요소를 포함하는 이중 변위다. 실리콘의 산화수에는 변화가 없음에도 불구하고(Si는 세 종 모두에서 명목 산화수 IV를 가지고 있다) 불균형 반응으로 생각할 수도 있다. 그러나, 공발효 분자, 심지어 극공발효 분자에 대한 산화수 개념의 효용성은 모호하다. 실리콘 원자는 SiCl에서4 가장 높은 형식 산화 상태와 부분적인 양의 전하를 가지며, Cl이 H보다 훨씬 더 전기적이기 때문에 SiH에서4 가장 낮은 형식 산화 상태를 가지는 것으로 합리화할 수 있다.
반도체급 실리콘 생산에 사용하기에 적합한 매우 고순도 실레인을 준비하기 위한 대체 산업 공정은 야금급 실리콘, 수소, 실리콘 테트라클로라이드로부터 시작되며 복잡한 일련의 재분배 반응(공정에서 재활용되는 부산물 생산)과 원분류를 수반한다.양배추 반응은 아래에 요약되어 있다.
- Si + 2H2 + 3 SiCl4 → 4 SiHCl3
- 2 SiHCl3 → SiH2Cl2 + SiCl4
- 2 SiH2Cl2 → SiHCl3 + SiH3Cl
- 2 SiH3Cl → SiH4 + SiH2Cl2
이 경로로 생산되는 실레인은 열분해되어 한 번의 통과로 고순도 실리콘과 수소를 생산할 수 있다.
여전히 실레인으로 가는 다른 산업 노선에는 하이드라이드 나트륨(NaH)을 사용한 SiF4 감소 또는 리튬 알루미늄 하이드라이드(LiAlH4)를 사용한 SiCl4 감소가 포함된다.
실레인의 또 다른 상업적 생산은 고압에서 NaCl과 염화알루미늄(AlCl3) 혼합물에서 Al과 H2 가스에 의한 이산화규소(SiO2)의 감소를 포함한다.[7]
- 3 SiO2 + 6 H2 + 4 Al → 3 SiH4 + 2 Al2O3
실험실 규모 경로
1857년 독일의 화학자 하인리히 버프와 프리드리히 울러는 이전에 준비했던 알루미늄 규산염에 염산이 작용하여 형성된 제품 중에서 실레인을 발견했다. 그들은 이 화합물을 규소화 수소라고 불렀다.[8]
교실 시연의 경우 모래를 마그네슘 가루로 가열해 마그네슘실산제(MgSi2)를 생산한 뒤 혼합물을 염산에 붓는 방식으로 실레인을 생산할 수 있다. 이 마그네슘 규산염은 산과 반응하여 실레인 가스를 생성하는데, 실레인은 공기와 접촉하면 연소하며 작은 폭발을 일으킨다.[9] 이것은 MgSi2 부동액 구조에서 고립된 Si4− 이온이 Brønsted-로 작용할 수 있기 때문에 이질적인[clarification needed] 산-기초 화학반응으로 분류될 수 있다.양성자 4명을 수용할 수 있는 저지대. 다음과 같이 쓸 수 있다.
- 4 HCl + Mg2Si → SiH4 + 2 MgCl2
일반적으로, 알칼리성-지구 금속은II2 MSi, MSiII, MSi와II2 함께 규산체를 형성한다. 모든 경우에, 이러한 물질들은 브뢰네스트--와 반응한다.규산염의 Si 음이온 연결에 의존하는 실리콘 하이드라이드를 생성하기 위한 저산. 가능한 제품으로는 동질 계열의 SiH4 및n2n+2/또는 상위 분자, 고분자 실리콘 하이드라이드 또는 규산이 포함된다. 따라서2 − MSi는II Si 음이온의 지그재그 체인으로 (양자를 수용할 수 있는 각 Si 음이온에 두 쌍의 전자를 포함) 고분자 하이드라이드(SiH2)를 산출한다.x
그러나 실레인 생산을 위한 또 다른 소규모 경로는 SiHCl의22 디클로로실렌에 아말감 나트륨의 작용에서 일부 노란 중합 실리콘 하이드라이드(SiH)와 함께 모노실렌을 산출하는 것이다.x[10]
특성.
실레인은 메탄의 실리콘 아날로그다. 실리콘에 비해 수소의 전기성이 크기 때문에 이 Si-H 결합 극성은 메탄의 C-H 결합 극성과 정반대다. 이러한 극성을 역전시킨 결과 중 하나는 사일렌이 전이 금속과 함께 콤플렉스를 형성하는 경향이 더 크다는 것이다. 두 번째 결과는 실레인이 화로포린(pyrophoric)이라는 것이다. 실레인은 외부 점화 없이 공기 중에 자연 연소를 겪는다.[11] 그러나 이용 가능한(흔히 모순되는) 연소 데이터를 설명하는데 어려움이 있는 것은 실란 자체가 안정적이고 생산 중 더 큰 실란(silane)의 자연적 형성이라는 점, 또한 습기와 같은 불순물 및 용기 표면의 촉매 효과에 대한 연소의 민감성이 그 원인이 되기 때문이다.유혈성[12][13] 420 °C 이상에서는 실레인이 실리콘과 수소로 분해되므로 실리콘의 화학 증기 증착에 사용할 수 있다.
Si-H 본드 강도는 약 384 kJ/mol로 H의2 H-H 본드보다 약 20% 약하다. 따라서 Si-H 본드를 함유한 화합물은 H보다2 반응성이 훨씬 높다. Si-H 채권의 강도는 Si-H3 채권의 강도는 SiHF 419 kJ3/mol, SiHCl 382 kJ/mol, SiHme 398 kJ/mol이다.[14][15]
적용들
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오르가노실레인의 경우 다양한 용도가 존재하지만, 실란 자체는 특히 반도체 산업에서 소자 실리콘의 전구로서 하나의 지배적인 용도를 가지고 있다. di-와 trisilane과 같은 높은 사일란들은 학문적인 관심사일 뿐이다. 1990년대 후반에는 연간 약 300톤의 실레인이 소비되었다.[13] 저비용 태양광 모듈 제조는 유리나 플라스틱과 같은 기타 기판에 수소화 아모르퍼스 실리콘(a-Si:H)을 침적하기 위한 실레인의 상당한 소비로 이어졌다. PECVD 공정은 사일렌의 약 85%가 낭비되고 있어 재료 활용에서 상대적으로 비효율적이다. 이러한 폐기물과 a-Si:H 기반 태양 전지의 생태학적 발자국을 줄이기 위해 몇 가지 재활용 노력이 추가로 개발되었다.[16][17]
안전 및 주의사항
공기 중에 누출된 실레인의 연소와 폭발로 인해 발생한 치명적인 산업 사고가 다수 보고되었다.[18][19][20]
실레인은 파이로포린 가스다(54 °C/130 °F 미만의 온도에서 자동점화가 가능하다).[21]
- SiH42 + O → SiO2 + 2H2
- SiH4 + O2 → SiH2O + H2O
- 2 SiH4 + O2 → 2 SiH2O + 2H2
- SiH2O + O2 → SiO2 + H2O
희박한 혼합물의 경우 실레인 소비 프로세스와 수소 산화 프로세스로 구성된 2단계 반응 프로세스가 제안되었다. SiO2(s) 응결 열은 열 피드백으로 연소 속도를 높인다.[22]
질소나 아르곤과 같은 불활성 가스와 혼합된 희석된 실레인은 순수한 실레인에 비해 개방된 공기로 누출될 때 훨씬 더 발화할 가능성이 높다: 순수한 질소에 있는 실레인의 1% 혼합물은 공기에 노출되었을 때 쉽게 발화한다.[23]
일본에서는 비정형 실리콘 태양전지 제조에 대한 실레인의 위험을 줄이기 위해 여러 회사가 수소 가스로 실레인을 희석하기 시작했다. 이는 스테블러-브론스키 효과를 줄임으로써 보다 안정적인 태양광 전지를 만드는 공생적 이익을 낳았다.
메탄과 달리 실레인은 상당히 독성이 강하다. 쥐(LC)50의 치명적인 공기 농도는 4시간 노출 시 0.96%(9,600ppm)이다. 또한 눈과의 접촉은 결과적으로 자극이 있는 규산을 형성할 수 있다.[24]
근로자에 대한 실레인의 직업상 피폭과 관련해 미국 국립산업안전보건연구소는 8시간 가중 평균에 대해 권장 피폭 한도를 5ppm(7mg/m3)으로 설정했다.[25]
참고 항목
- 이진 실리콘-수소 화합물(사일란스라고도 함)
- 사일란화
- 규산마그네슘
참조
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- ^ Jump up to: a b c d 헤인즈, 페이지 4.87
- ^ 헤인즈, 페이지 9.29
- ^ 헤인즈, 페이지 5.14
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인용된 출처
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