Silany

Strukturní vzorec disilanu, strukturního analogu ethanu

Silany jsou nasycené chemické sloučeniny odpovídající vzorci Si_xH_y. Patří mezi hydrosilany, sloučeniny obsahující vazby Si-H a jiné vazby Si-X. Atomy křemíku jsou v nich tetraedrické a vodíky jsou koncové. Všechny vazby Si–H a Si–Si jsou jednoduché. Délky vazeb jsou kolem 146 pm u Si–H bond a 233 pm u Si–Si. Strukturou se silany podobají alkanům, nejjednodušším z nich je silan, SiH₄, analog methanu, disilan (Si₂H₆₎, je analogem ethanu. Jedná se převážně o oblast teoretického zájmu.^[1]

Přehled

Cyklopentasilan je svou strukturou podobný cyklopentanu, pouze molekula je větší.

Nejjednodušší jsou nerozvětvené izomery silanů, kde atomy křemíku tvoří přímý řetězec; často nazývané n-izomery. Řetězec však může být na jednom nebo více místech rozvětvený. Počet možných izomerů rychle roste s počtem křemíkových atomů. Homologickou řadu tvoří tyto sloučeniny:

silan, SiH₄ - jeden křemík a čtyři vodíky

disilan, Si₂H₆ - dva křemíky a šest vodíků, podobný ethanu

trisilan, Si₃H₈ - podobný propanu

tetrasilan, Si₄H₁₀ - 4 křemíky a 10 vodíků, podobný butanu (jeden rozvětvený izomer: izotetrasilan, obdoba isobutanu)

pentasilan, Si₅H₁₂ - dva izomery: izopentasilan a neopentasilan)

Názvy silanů se tvoří přidáním přípony -silan k odpovídající číselné předponě; například disilan Si₂H₆; trisilan Si₃H₈; tetrasilan Si₄H₁₀; pentasilan Si₅H₁₂. Jsou známy i pevné polymerní sloučeniny; pokud mají lineární řetězce a atomy vodíku nahrazené alkylovými nebo arylovými skupinami, označují se jako polysilany.

Nejjednodušším necyklickým chirálním silanem je 3-silylhexasilan, H₃SiSiH₂SiH(SiH₃)SiH₂SiH₂SiH₃.

Jsou známy i obdoby cykloalkanů, nazývané cyklosilany, Si_nH_2n, n > 2.

Vlastnosti nižších silanů^[1]
Silan	Vzorec	Teplota varu [°C]	Teplota tání [°C]	Hustota [g cm⁻³] (při 25 °C)
silan	SiH₄	−112	−185	plyn
disilan	Si₂H₆	−14	−132	plyn
trisilan	Si₃H₈	53	−117	0,743
cyklotrisilan	Si₃H₆
tetrasilan	Si₄H₁₀	108	−90	0,793
pentasilan	Si₅H₁₂	153	−72,8	0,827
cyklopentasilan	Si₅H₁₀	194	−10,5	0,963
hexasilan	Si₆H₁₄	193,6	−44,7	0,847

Příprava

První práce zabývající se přípravou a výrobou silanů vydali Alfred Stock a Carl Somiesky.^[2] Monosilan a disilan již byly známy, ale v těchto pracích byly popsány i další členy řady Si_nH_2n+2, až do 6 atomů Si. Také popsali tvorbu pevných polymerů.^[3] Jeden ze způsobů přípravy spočíval v hydrolýze silicidů kovů; tímto způsobem vznikaly směsi silanů, které musely být oddělovány v hlubokém vakuu.^[4]^[5]^[6]

Silany (Si_nH_2n+2) jsou tepelně méně stabilní než alkany (C_nH_2n+2). Jsou náchylné k dehydrogenacím za vzniku vodíku a polysilanů. Z tohoto důvodu je izolace silanů vyšších než heptasilan obtížná.^[7]

Silany lze připravovat Schlesingerovým procesem spočívajícím v reakci perchlorovaných silanů s hydridem lithnohlinitým.

Použití

Významné využití má SiH₄ v mikroelektronice. Pomocí organokovové epitaxe z plynné fáze se silan tepelným rozkladem přeměňuje na čistý křemík:

SiH₄ → Si + 2 H₂

Bezpečnost

Silan je ve směsi se vzduchem (1 až 98 % SiH₄) výbušný; podobné výbušné směsi vytváří i vyšší silany. Lehčí kapalné silany jsou vysoce hořlavé; nebezpečnost se zvyšuje s délkou křemíkového řetězce.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Binary silicon-hydrogen compounds na anglické Wikipedii.

↑ ^a ^b GREENWOOD, Norman; EARNSHAW, Alan. Chemistry of the Elements. 2. vyd. [s.l.]: Butterworth-Heinemann, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8. (anglicky)
↑ E. Wiberg, Alfred Stock and the Renaissance of Inorganic Chemistry," Pure Applied Chemistry, Vol. 49 (1977) pp. 691-700.
↑ J. W. Mellor, "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry," Vol. VI, Longman, Green and Co. (1947) pp. 223 - 227
↑ Hydrides of Boron and Silicon. Ithaca (USA) 1933
↑ A. Stock; P. Stiebeler; F. Zeidler. Siliciumwasserstoffe, XVI. Die höheren Siliciumhydride. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft B. 1923, s. 1695–1705. DOI 10.1002/cber.19230560735.
↑ P. W. Schenk. Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed.. Příprava vydání G. Brauer. [s.l.]: Academic Press, 1963. DOI 10.1002/cber.19230560735. Kapitola Silanes SiH₄ (Si₂H₆, Si₃H₈), s. 679–680.
↑ W. W. Porterfield "Inorganic Chemistry: A Unified Approach," Academic Press (1993) p. 219

Související články

Organokřemíkové sloučeniny, sloučeniny obsahující vazby mezi atomy uhlíku a křemíku
Hydrosilany, větší skupina sloučenin, odpovídajících vzorci H_mSiR_n (m ≠ 0)

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu silany na Wikimedia Commons

[:0-1] GREENWOOD, Norman; EARNSHAW, Alan. Chemistry of the Elements. 2. vyd. [s.l.]: Butterworth-Heinemann, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8. (anglicky)

[2] E. Wiberg, Alfred Stock and the Renaissance of Inorganic Chemistry," Pure Applied Chemistry, Vol. 49 (1977) pp. 691-700.

[3] J. W. Mellor, "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry," Vol. VI, Longman, Green and Co. (1947) pp. 223 - 227

[4] Hydrides of Boron and Silicon. Ithaca (USA) 1933

[5] A. Stock; P. Stiebeler; F. Zeidler. Siliciumwasserstoffe, XVI. Die höheren Siliciumhydride. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft B. 1923, s. 1695–1705. DOI 10.1002/cber.19230560735.

[6] P. W. Schenk. Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed.. Příprava vydání G. Brauer. [s.l.]: Academic Press, 1963. DOI 10.1002/cber.19230560735. Kapitola Silanes SiH₄ (Si₂H₆, Si₃H₈), s. 679–680.

[7] W. W. Porterfield "Inorganic Chemistry: A Unified Approach," Academic Press (1993) p. 219

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]