Silanın kimyəvi xassələri. Silikon hidridlərin alınması üsulu Aşağıdakı silan birləşmələrinin kimyəvi düsturlarını göstərin

Termal çevrilmələr Monosilan silanların ən sabitidir. -380 C temperaturda nəzərəçarpacaq dərəcədə silisium və hidrogenə parçalanmağa başlayır. 500 C-dən yuxarıda parçalanma çox yüksək sürətlə gedir. Reaksiya nəticəsində yaranan hidrogen parçalanmanı maneə törədir; amma reaksiya dayanmır. SiH4 = SiH2 + H2 SiH2 = Si + H2 300 C və yuxarı temperaturda silan qismən çevrilir. disilane Və trisilan .. Monosilan hətta -180 C-də havada alovlanır. Saf silan 523 K temperaturda hava və ya oksigenlə müəyyən nisbətdə qarışdırıla bilər və atmosfer təzyiqi bu qarışıqlar yuxarı və aşağı alovlanma həddindən kənarda olduqda partlayış olmadan. Digər şərtlərdə, xüsusən daha yüksək silanların mövcudluğunda, spontan yanma və ya partlayış baş verir.

Monosilanın yanması zamanı oksigenin miqdarından və temperaturdan asılı olaraq SiO, Si02, silisium turşusu törəmələri alınır. Su ilə qarşılıqlı əlaqə İlk dəfə silanın su ilə qarşılıqlı təsiri və sulu məhlullar işlərdə turşular və qələvilər öyrənilmişdir, kvars qablardakı təmiz su silanı parçalamır, lakin ən kiçik qələvi izləri (şüşədən su ilə çıxarılan qələvi kifayətdir) parçalanmağı sürətləndirir. Hidroliz çox sürətlə davam edir və silisiumla əlaqəli bütün hidrogenin aradan qaldırılmasına gətirib çıxarır: SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2 SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2 Silanın hidrolizi də turşularla katalizlənir, lakin qələvilər kimi güclü deyil. Nəm izləri kifayət qədər aktiv səthlərlə birlikdə (məsələn, silan saxlama silindrləri) artıq monosilan ilə demək olar ki, tamamilə reaksiyaya girərək siloksanlar və hidrogen əmələ gətirir: 2SiH4+H20 = (H3Si)20+2H2 Halojenlər, halogen törəmələri və bəzi digər maddələrlə qarşılıqlı əlaqə.

Halojenlər silanla çox güclü, partlayıcı reaksiya verir. Aşağı temperaturda reaksiya idarə olunan sürətlə həyata keçirilə bilər. Katalizatorlar olmadıqda atmosfer təzyiqində hidrogen xlorid hətta yüksək temperaturda silanla reaksiya vermir. Alüminium xlorid kimi katalizatorların iştirakı ilə reaksiya otaq temperaturunda belə rəvan gedir və xlorla əvəzlənmiş silanların əmələ gəlməsinə səbəb olur. SiH4 + HCl = SiH3Cl + H2

SiH4 + 2HC1 = SiH2Cl2 + H2 və s. Silan 400 C-dən yuxarı temperaturda fosfinlə reaksiyaya girərək SiH3PH2 əmələ gətirir və az miqdarda SiH2(PH2)2, PH(SiH3)2 və ​​Si2P oxşar törəmələri arsinlə əldə edilmişdir; Üzvi birləşmələrlə qarşılıqlı əlaqə.

İLƏ doymuş karbohidrogenlər silan 600 C-yə qədər reaksiya vermir. Olefinlər, məsələn, etilen, silana 460-510 C və atmosfer təzyiqində əlavə olunur. Əsas reaksiya məhsulları mono- və dialkilsilanlardır. 100 C-də reaksiya yalnız təzyiq altında baş verir. Normal şəraitdə qarşılıqlı təsir ultrabənövşəyi şüalarla şüalanma zamanı müşahidə olunur. Asetilenin silanla istilik reaksiyası nəticəsində müəyyən qədər vinilsilan əmələ gəlir, lakin reaksiyanın əsas məhsulu etinildivinilsilandır. Fotokimyəvi reaksiya əsasən vinil silan istehsal edir.

Hal-hazırda ədəbiyyatda monosilan istehsalı üçün onlarla üsul təsvir edilmişdir. Onların heç də hamısı sənaye inkişafını tapmadı. Silan istehsalının sənaye üsulları haqqında daxildir: 1. Metal silisidlərin parçalanması. 2. Silikon halogenidlərin metal hidridlərlə reduksiyası. 3. Trialkoksisilanın katalitik disproporsionallığı. 4. Trixlorosilanın katalitik disproporsionallığı. Metal silisidlərin parçalanması Metal silisidlərin parçalanma reaksiyası ilə silanı əldə etmək üçün ən uyğun başlanğıc material maqnezium silisiddir. Silan əldə etməyin bu üsulu üçün reaksiya tənliyi aşağıdakı kimidir: Mg2Si + 4H20 = SiH4 + 2Mg(OH)2 Silisidin tərkibində olan silisium üçün silanların ümumi məhsuldarlığı 25-30% təşkil edir. Bunlardan 37%-nə görə - Sibi; 30% - Si2H6; 15% - Si3H8 və 10% - Si io; qalanları maye silanlar Si5Hi2 və Si6H14, eləcə də bərk silanlar (SiHi, . Maye ammonyakda maqnezium silisidi ammonium bromidlə reaksiyaya girdikdə silanların məhsuldarlığı 70-80%-ə qədər artır (SiH4 - 97,2% və Si2H6 - 2)). : Mg2Si + 4NH4Br = 2MgBr2 + SiH4 + 4NH3, silan homologları, o cümlədən, 20-dən çox çirkləri, ammiak, benzol, toluol, hidrogen isi. reaksiya adi temperaturda və atmosfer təzyiqində və demək olar ki, kəmiyyət məhsuldarlığı ilə baş verdiyindən, yaranan silan daha yüksək silanlarla çirklənmir.

Silikon hidridlər, sözdə silanlar, homoloji sıra əmələ gətirir, bir sıra doymuş alifatik karbohidrogenlərə bənzəyir, lakin polisilan zəncirlərinin -Si-Si- qeyri-sabitliyi ilə xarakterizə olunur. Silane SiH4 bütün homoloji seriyanın ən stabil ilk nümayəndəsidir; Yalnız qırmızı istilikdə silisium və hidrogenə parçalanır. Disilane Si2H6 3000-dən yuxarı qızdırıldıqda silana və bərk polimerə parçalanır; Homoloji seriyanın ən tanınmış üzvü olan heksasilan Si6H14 normal temperaturda belə yavaş-yavaş parçalanır. Bütün silanlar xarakterik bir qoxuya malikdir və yüksək zəhərlidir.

Onların hazırlanmasının əsas sxemi Mg2Si-nin xlorid turşusu ilə qarşılıqlı təsiridir. Yaranan qarışığı fraksiyalaşdırmaqla müvafiq hidrogen silisiumları əldə etmək olar. Silanların istehsalı üçün başqa üsullar da var. Məsələn, halosilanların litium hidrid və ya litium alüminium hidridlə reduksiyası, həmçinin AICl3-ün iştirakı ilə halosilanların hidrogenlə reduksiyası.

SiH 3 CI + H2->SiH4 + HCI. Çox inert karbohidrogenlərdən fərqli olaraq silanlar son dərəcə reaktiv birləşmələrdir. Silanları karbohidrogenlərdən fərqləndirən mühüm xüsusiyyət qələvi katalizatorların iştirakı ilə Si-H bağının hidrolizinin asanlığıdır. Hidroliz çox tez baş verir və bu prosesi aşağıdakı kimi təsvir etmək olar:

SiH4 + 2H2O→SiO2 + 4H2

SiH4 + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 4H2.

Qələvinin daha yüksək silanlara katalitik təsiri zamanı Si-Si rabitəsi qırılır

Н3Si-SiН3 + 6H2О→3SiО2 + 10H2.

Sərbəst halogenlərlə karbohidrogenlərə bənzər şəkildə reaksiya verirlər, ardıcıl olaraq bir hidrogen atomunu digərinin ardınca halogenlə dəyişirlər. Bir katalizatorun (AICl3) iştirakı ilə hidrogen halogenidləri ilə oxşar, lakin karbohidrogen kimyasında analoqu olmayan reaksiya baş verir, hidrogenin halogenlə mübadiləsi

SiН4 + HCI→H2 + SiН3СI.

Trichlorosilane SiH3CI yüksək temperaturda Si və HCI-dən birbaşa sintez yolu ilə əldə edilə bilər.

Silanlar konsentratlaşdırılmış sulfat turşusu ilə reaksiya vermir.

Onu ehtiva edən birləşmələr metalı qorumaq üçün istifadə olunur.

Monosilan- SiH4 düsturu olan silisium və hidrogenin ikili qeyri-üzvi birləşməsi, xoşagəlməz qoxu olan rəngsiz qaz, havada öz-özünə alovlanır, su ilə reaksiya verir, zəhərli

Termal çevrilmələr Monosilan silanların ən sabitidir. -380 C temperaturda nəzərəçarpacaq dərəcədə silisium və hidrogenə parçalanmağa başlayır. 500 C-dən yuxarıda parçalanma çox yüksək sürətlə gedir. Reaksiya nəticəsində yaranan hidrogen parçalanmanı maneə törədir; amma reaksiya dayanmır. SiH4 = SiH2 + H2 SiH2 = Si + H2 300 C və yuxarı temperaturda silan qismən çevrilir. disilane Və trisilan .. Monosilan hətta -180 C-də havada alovlanır. Təmiz silan 523 K temperaturda və atmosfer təzyiqində hava və ya oksigen ilə müəyyən nisbətdə qarışdırıla bilər, əgər bu qarışıqlar yuxarı və aşağı alovlanma həddindən kənarda olarsa. Digər şərtlərdə, xüsusən daha yüksək silanların mövcudluğunda, spontan yanma və ya partlayış baş verir.

Monosilanın yanması zamanı oksigen miqdarına və temperatura əsasən SiO, Si02 və silisium turşusu törəmələri alınır. Su ilə qarşılıqlı əlaqə İlk dəfə olaraq silanın su və turşuların və qələvilərin sulu məhlulları ilə qarşılıqlı əlaqəsi işlərdə tədqiq edilmişdir ki, kvars qablardakı təmiz su silanı deyil, ən kiçik qələvi izlərini (şüşədən çıxarılan qələvi) parçalayır. su kifayətdir) parçalanmasını sürətləndirir. Hidroliz çox sürətlə davam edir və silisiumla əlaqəli bütün hidrogenin aradan qaldırılmasına gətirib çıxarır: SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2 SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2 Silanın hidrolizi də turşularla katalizlənir, lakin qələvilər kimi güclü deyil. Nəm izləri kifayət qədər aktiv səthlərlə birlikdə (məsələn, silan saxlama silindrləri) artıq monosilan ilə demək olar ki, tamamilə reaksiyaya girərək siloksanlar və hidrogen əmələ gətirir: 2SiH4+H20 = (H3Si)20+2H2 Halojenlər, halogen törəmələri və bəzi digər maddələrlə qarşılıqlı əlaqə.

Halojenlər silanla çox güclü, partlayıcı reaksiya verir. Aşağı temperaturda reaksiya idarə olunan sürətlə həyata keçirilə bilər. Katalizatorlar olmadıqda atmosfer təzyiqində hidrogen xlorid hətta yüksək temperaturda silanla reaksiya vermir. Katalizatorların, məsələn, alüminium xloridin iştirakı ilə reaksiya otaq temperaturunda belə rəvan gedir və xlorla əvəz edilmiş silanların əmələ gəlməsinə səbəb olur. SiH4 + HCl = SiH3Cl + H2

SiH4 + 2HC1 = SiH2Cl2 + H2 və s. Silan 400 C-dən yuxarı temperaturda fosfinlə reaksiyaya girərək SiH3PH2 əmələ gətirir və az miqdarda SiH2(PH2)2, PH(SiH3)2 və ​​Si2P oxşar törəmələri arsinlə əldə edilmişdir; Üzvi birləşmələrlə qarşılıqlı əlaqə.

Silan 600 C-ə qədər doymuş karbohidrogenlərlə qarşılıqlı təsir göstərmir. Olefinlər, məsələn, etilen, silana 460-510 C və atmosfer təzyiqində əlavə olunur. Əsas reaksiya məhsulları mono- və dialkilsilanlardır. 100 C-də reaksiya yalnız təzyiq altında baş verir. Normal şəraitdə qarşılıqlı təsir ultrabənövşəyi şüalarla şüalanma zamanı müşahidə olunur. Asetilenin silanla istilik reaksiyası nəticəsində müəyyən qədər vinilsilan əmələ gəlir, lakin reaksiyanın əsas məhsulu etinildivinilsilandır. Fotokimyəvi reaksiya əsasən vinil silan istehsal edir.

Bu gün ədəbiyyatda monosilan istehsalı üçün onlarla üsul təsvir edilmişdir. Onların heç də hamısı sənaye inkişafını tapmadı. Silan istehsalının sənaye üsulları haqqında daxildir: 1. Metal silisidlərin parçalanması. 2. Silikon halogenidlərin metal hidridlərlə reduksiyası. 3. Trialkoksisilanın katalitik disproporsionallığı. 4. Trixlorosilanın katalitik disproporsionallığı. Metal silisidlərin parçalanması Metal silisidlərin parçalanma reaksiyası ilə silanı əldə etmək üçün ən uyğun başlanğıc material maqnezium silisiddir. Silan əldə etməyin bu üsulu üçün reaksiya tənliyi aşağıdakı kimidir: Mg2Si + 4H20 = SiH4 + 2Mg(OH)2 Silisidin tərkibində olan silisium üçün silanların ümumi məhsuldarlığı 25-30% təşkil edir. Bunlardan 37%-nə görə - Sibi; 30% - Si2H6; 15% - Si3H8 və 10% - Si io; qalanları maye silanlar Si5Hi2 və Si6H14, eləcə də bərk silanlar (SiHi, . Maye ammonyakda maqnezium silisidi ammonium bromidlə reaksiyaya girdikdə silanların məhsuldarlığı 70-80%-ə qədər artır (SiH4 - 97,2% və Si2H6 - 2)). : Mg2Si + 4NH4Br = 2MgBr2 + SiH4 + 4NH3, silan homologları, o cümlədən, 20-dən çox çirkləri, ammiak, benzol, toluol, hidrogen isi. reaksiya adi temperaturda və atmosfer təzyiqində və demək olar ki, kəmiyyət məhsuldarlığı ilə baş verdiyindən, yaranan silan daha yüksək silanlarla çirklənmir.

Silikon hidridlər, sözdə silanlar, homoloji sıra əmələ gətirir, bir sıra doymuş alifatik karbohidrogenlərə bənzəyir, lakin polisilan zəncirlərinin -Si-Si- qeyri-sabitliyi ilə xarakterizə olunur. Silane SiH4 bütün homoloji seriyanın ən stabil ilk nümayəndəsidir; Yalnız qırmızı istilikdə silisium və hidrogenə parçalanır. Disilane Si2H6 3000-dən yuxarı qızdırıldıqda silana və bərk polimerə parçalanır; Homoloji seriyanın ən tanınmış üzvü olan hexasilane Si6H14 normal temperaturda belə yavaş-yavaş parçalanır. Bütün silanlar xarakterik bir qoxuya malikdir və yüksək zəhərlidir.

Onların hazırlanmasının əsas sxemi Mg2Si-nin xlorid turşusu ilə qarşılıqlı təsiridir. Yaranan qarışığı fraksiyalaşdırmaqla müvafiq hidrosilikatlar əldə edilir. Silanların istehsalı üçün başqa üsullar da var. Məsələn, halosilanların litium hidrid və ya litium alüminium hidridlə reduksiyası, həmçinin AICl3-ün iştirakı ilə halosilanların hidrogenlə reduksiyası.

SiH 3 CI + H2->SiH4 + HCI. Çox təsirsiz karbohidrogenlərdən fərqli olaraq, silanlar son dərəcə reaktiv birləşmələrdir. Silanları karbohidrogenlərdən fərqləndirən mühüm xüsusiyyət qələvi katalizatorların iştirakı ilə Si-H bağının hidrolizinin asanlığıdır. Hidroliz çox tez baş verir və bu prosesi aşağıdakı kimi təsvir etmək olar:

SiH4 + 2H2O→SiO2 + 4H2

SiH4 + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 4H2.

Qələvinin daha yüksək silanlara katalitik təsiri zamanı Si-Si rabitəsi qırılır

Н3Si-SiН3 + 6H2О→3SiО2 + 10H2.

Sərbəst halogenlərlə karbohidrogenlərə bənzər şəkildə reaksiya verirlər, ardıcıl olaraq bir hidrogen atomunu digərinin ardınca halogenlə dəyişirlər. Bir katalizatorun (AICl3) iştirakı ilə hidrogen halogenidləri ilə oxşar, lakin karbohidrogen kimyasında analoqu olmayan reaksiya baş verir, hidrogenin halogenlə mübadiləsi

SiН4 + HCI→H2 + SiН3СI.

Trichlorosilane SiH3CI yüksək temperaturda Si və HCI-dən birbaşa sintez yolu ilə əldə edilməlidir.

Silanlar konsentratlaşdırılmış sulfat turşusu ilə reaksiya vermir.

Onu ehtiva edən birləşmələr metalı qorumaq üçün istifadə olunur.

Monosilan- SiH4 düsturu olan silisium və hidrogenin ikili qeyri-üzvi birləşməsi, xoşagəlməz qoxu olan rəngsiz qaz, havada öz-özünə alovlanır, su ilə reaksiya verir, zəhərli

Kimyəvi xassələri silan - anlayış və növləri. "Silanın kimyəvi xassələri" kateqoriyasının təsnifatı və xüsusiyyətləri 2017, 2018.

silisium– yüksək möhkəmliyə və sərtliyə malik rəngsiz kristal maddə. Formula SiO2.

Xüsusiyyətlər:

• ərimə nöqtəsi 1713 – 1728 °C
• əsas oksidlər və qələvilərlə qarşılıqlı təsir göstərir (qızdırdıqda)
• turşu oksidləri qrupuna aiddir
• hidrofluorik turşuda həll olunur
• şüşə əmələ gətirən oksiddir (həddindən artıq soyudulmuş ərimə əmələ gətirməyə meyllidir - şüşə)
• dielektrik (elektrik cərəyanını keçirmir)
• su ilə reaksiya vermir
• davamlı

Ərizə:

• şüşə, beton məmulatları, keramika, silisiumlu odadavamlı məmulatlar, silisium, rezin və s. istehsalı.
• elektronika, radioelektronika, ultrasəs cihazları
• amorf məsaməli olmayan silisium dioksid istifadə olunur Qida sənayesi(E551), əczaçılıq və parafarmasevtika sənayesi.
• fiber optik kabellər

Silikon dioksidin hazırlanması

Sizə lazım olacaq:

• maye şüşə (natrium silikat);
• turşu (kükürd, xlorid və ya azot);
• su;
• soda.

Bir stəkana natrium silikat tökün və turşu əlavə edin.

Turşu əlavə edildikdə, silikon dioksidin bir çöküntüsü dərhal meydana gəlməyə başlayır. Kifayət qədər miqdarda silikon dioksid əmələ gələnə qədər turşu əlavə edin.

Başqa bir şüşədə 5% soda həllini seyreltin və yaranan çöküntünü orada qoyun. Bu şəkildə qalan turşudan xilas olacağıq.
Bundan sonra, qalan sodadan xilas olmaq üçün silikon dioksidi bir neçə dəfə təmiz su ilə yaxalamaq lazımdır.

Yuyulduqdan sonra çöküntü kağız filtrindən süzülür.

Maqnezium silisid– maqnezium və silisiumun qeyri-üzvi ikili birləşməsi. Formula Mg2Si.

Xüsusiyyətlər:

• termal cəhətdən sabitdir
• ərimə nöqtəsi 1102 ° C
• molyar kütlə 76,7 q/mol
• sıxlıq 1,988 q/sm3
• su ilə hidrolizə olunur
• turşularda parçalanır

Ərizə:

• silan qazının istehsalı

Maqnezium silisidin hazırlanması

Sizə lazım olacaq:

• silisium;
• maqnezium (proshkoobrazny).

Silikon dioksidi bir havan içində əzin.

4 q silikon dioksid və 6 q maqneziumu qarışdırın. Qara maqnezium tozunuz varsa, onu silikon dioksid ilə bir havan içində üyütmək lazımdır.

Qarışığı stenddə quraşdırılmış sınaq borusuna tökün və qaz ocağında qızdırın.
Vacibdir! Bütün komponentlər qızdırılmadan əvvəl yaxşıca qurudulmalıdır! Qarışıqda hətta az miqdarda nəm varsa, reaksiya zamanı selanium buraxılmağa başlayacaq və bu, sonradan alovlanacaq.

Yüksək temperaturun təsiri altında sınaq borusunda maqnezium silisid (tünd rəngli maddə) əmələ gəlməyə başlayır.

Test borusunun hissələrini tozdan ayırın.

Silan- pirofor qazı. Formula SiH4.

Xüsusiyyətlər:

• molyar kütlə 32,12 q/mol
• qaz halı
• rəngsiz
• zəhərli
• hava ilə təmasda alovlanır
• oksidləşmək asandır
• neytral və asidik mühitlərdə sabitdir
• benzində həll olur, standart
• sıxlıq 0,001342 q/sm3
• ərimə nöqtəsi - 185 ° C
• qaynama nöqtəsi - 112 ° C
• parçalanma temperaturu 500 °C

Ərizə:

• üzvi sintez reaksiyalarında (qiymətli silikon üzvi polimerlərin istehsalı və s.)
• mikroelektronika
• ultra saf polisilikon əldə etmək
• Kompozit diş materiallarında üzvi matris və qeyri-üzvi doldurucu arasında əlaqə

İxtira kimya və elektronika sənayesində istifadə oluna bilər. Silikon hidrid - monosilan maqnezium silisidi mineral turşularla reaksiyaya salmaqla əldə edilir. Maqnezium silisidin hazırlanması 1 wt olan qarışığın termal qarşılıqlı təsiri ilə həyata keçirilir. 10 wt-a qədər silisium oksidinin dağılmış hissəciklərinin bir hissəsi. silisium hissələri və 3,5-dən 4 ağırlığa qədər. maqnezium parça parçalarının hissələri, davamlı qarışdırmaqla. Silikon oksidin hissəcik ölçüsü 3 mm-dən çox deyil və silikon oksid hissəciklərinin ölçüsü ilə maqneziumun parça parçalarının ölçüsünün nisbəti 1: (10-20). Qarışdırma prosesi zamanı reaksiya verən komponentlərin qarşılıqlı təsiri 550-680°C temperatur intervalında həyata keçirilir. Təklif olunan ixtira monosilan istehsalı üçün xammal bazasını genişləndirməyə və məhsulun maya dəyərini aşağı salmağa imkan verir. 2 maaş f-ly.

İxtira yarımkeçirici və dielektrik təbəqələrin əmələ gəlməsi, silikon üzvi birləşmələrin sintezi və polikristal silikonun istiliklə çökməsi (dissosiasiya) üçün nəzərdə tutulmuş yüksək təmizlikli monosilan da daxil olmaqla silisium hidridlərinin istehsalına aiddir.

Trixlorosilanın katalitik disproporsiyalaşdırılması yolu ilə silikon hidridlərin (monosilan) alınması üçün məlum bir üsul var (Alman Patenti No 331165, 10/13/83), mahiyyəti katalitik hidrogenləşmədir (400-500 ° C temperaturda). ) reaksiyaya görə dispers silisium və silisium tetraxlorid:

Si+2H 2 +3SiCl 4 =4SiHCl 4

və reaksiyaya görə bu birləşmənin sonrakı dissosiasiyası:

4SiHCl 4 =SiH 4 +3SiCl 4

Bu metodun əhəmiyyətli çatışmazlığı bütün reaksiyalarda iştirak edən zəhərli xlorun olmasıdır ki, bu da bu metodun sənaye inkişafını kəskin şəkildə məhdudlaşdırır (ekoloji səbəblərə görə).

Silikon hidridlərin xloridsiz istehsalı üçün məlum üsul mövcuddur (Pat. No RU 2151099, 20 iyun 2000-ci il, C01B 33/04), texniki mahiyyəti istilikdə (t - 450-600-də) yerləşir. ° C) dispers kvarsitin maqnezium ilə stoxiometrik nisbətdə qarşılıqlı təsiri , alüminium duzlarının iştirakı ilə, atom hidrogen axınında, parıltılı boşalmada. Bununla belə, silikon dioksidin maqnezium-termik üsulla, SiO 2 və Mg stexiometrik kütlə nisbəti ilə təmiz silisiuma tam reduksiya edilməsi yüksək reaksiya sürəti və əhəmiyyətli istilik ayrılması (~92 kkal/mol) səbəbindən çətindir. reaksiya zonasında temperatur 3000°C-dən yuxarı dəyərlərə çatır, reaksiya məhsullarının buxarlanması ilə nəzarətsiz partlayışa səbəb olur. Reaksiya istiliyini kompensasiya etmək üçün nəzərdə tutulmuş inert bir əlavənin - alüminium duzunun tətbiqi, maqnezium hissəciklərinin bütün kvarsit hissəcikləri ilə birbaşa təması ehtimalının azalmasına səbəb olur ki, bu da qarşılıqlı təsir göstərən reagentlərin stoxiometriyadan yerli sapmasına səbəb olur. əmələ gəlmə istiliyi ~19 kkal/mol olan maqnezium silisidin (Mg 2 Si) əmələ gəlməsi. Bu birləşmənin əmələ gəlməsi silisium dioksidin bir hissəsinin azaldılmamış qalması ilə nəticələnir. Beləliklə, məlum texniki məhlulda verilmiş şərtlərə uyğun olaraq silikon dioksidin tam maqnezium-termik reduksiyası çox çətindir.

Yapon şirkəti Komatsu MFG CO LTD tərəfindən istifadə edilən silikon hidridlərin istehsalı üçün məlum bir üsul var (“Yarımkeçirici materialların texnologiyasında monosilan.” İcmal məlumatları, “Organoelement birləşmələri və onların tətbiqi” seriyası, NIIETKHIM, Kimya Sənayesi, 1983). Bu metodun texniki mahiyyəti ondan ibarətdir ki, birinci mərhələdə maqnezium silisid neytral mühitdə 500-600°C temperaturda aparılan reaksiya nəticəsində əmələ gəlir:

Si+2Mg=Mg 2 Si+19 kkal/mol

İkinci mərhələdə maqnezium silisid mineral turşular və ya duzlarla reaksiya verir, məsələn, turşu hidroliz reaksiyası vasitəsilə qaz halında olan silikon hidridləri buraxır:

Mg 2 Si + 2HCl = MgCl 2 (L) + SiH 4 (G)

və ya maqnezium silisidin asedolizi:

Mg 2 Si (T) + 4NH 4 Cl (T) = 2 MgCl 2 (T) + SiH 4 (G) + 6NH 3 (G)

Bu üsul texniki mahiyyətcə iddia edilən texniki həllə ən yaxın və əldə edilmiş effektdir və prototip kimi qəbul edilmişdir.

Prototipin əhəmiyyətli bir çatışmazlığı ondan ibarətdir ki, elektron və ya yarımkeçirici texnologiyada (99,9999% təmizlik) istifadə üçün tətbiq olunan xüsusiyyətlərə cavab verən silisium əldə etmək üçün xammal 98-99% təmizliyə malik silikon şəklində istifadə olunur, yəni. çirkləri ehtiva edir. Bu, xammal bazasını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, yəni. silisiumdan başqa birləşmələrin, məsələn, kvarsit (SiO 2) və ya silisium turşusu (H 2 SiO 3) istifadə etmək imkanını istisna edir.

Təklif olunan texniki həllin məqsədi təbiətdə geniş yayılmış maqnezium silisid (Mg 2 Si), silikon dioksid (SiO 2), silisium və ya kvarsit istehsal etmək üçün reaksiyada iştirak etmək imkanını yaratmaqla prosesin xammal təchizatını genişləndirməkdir. , həmçinin silisik turşusu (H 2 SiO 3).

Bu texniki nəticə silikon tərkibli birləşmələrdən, o cümlədən SiO 2 və H 2 SiO 3-dən maqnezium silisidin istehsalının reaksiyaya daxil edilməsi yolu ilə əldə edilir, bu, qarşılıqlı təsir göstərən komponentlərə nisbətən təsirsizdir və əlavə kimyəvi elementlər daxil etməyən əlavədir. ümumi reaksiya. Reaksiyaya belə bir əlavə

SiO 2 +2Mg=2MgO+Si+92 kkal/mol

dispers silikondur. Bu reaksiya zamanı yaranan istiliyi əlavə etmədən yaymaq üçün silikonun əlavə edilməsi lazımdır kimyəvi elementlər, son məhsula "çirkləndiricilər" daxil edə bilən.

Silikon oksidin (silis turşusunun) hissəciklərinin maqnezium ilə eyni vaxtda qarşılıqlı təsiri zamanı istilik əmələ gəlməsini azaltmaq üçün sonuncu reaksiyaya parçalanmış fraqmentlər şəklində daxil edilir, bu da partlayışa səbəb olan tam həcmli reaksiyanın qarşısını alır, çünki Reduksiyada yalnız maqnezium fraqmenti ilə təmasda olan silikon dioksid hissəcikləri iştirak edir. Tam həcmli reaksiyanı həyata keçirmək üçün hissəciklərin qarışığı maqnezium parça parçalarının yeni, əvvəllər reaksiyaya girməmiş silikon oksidləri ilə təmaslarını yeniləmək üçün qarışdırılmalıdır. Qarışdırma, məsələn, fırlanan və ya salınan reaktorlarda həyata keçirilə bilər. Qarışdırma prosesi, eləcə də bütövlükdə bütün reaksiya prosesi, maqneziumun parça parçalarının tamamilə yox olmasına ("yeməyə") qədər aparılır.

Reaksiyaya girən komponentlərin kütlələri nisbətə uyğun olmalıdır:

10-a qədər:(3.5÷4.0), çünki 0-1000°C temperatur diapazonunda silikonun istilik tutumu 3,58 kal/mol×deq-ə bərabərdir, onda azaldılmasının stoxiometrik, maqnezium-termik reaksiyası zamanı ayrılan 92 kkal/mol istilik enerjisini tam kompensasiya etmək üçün silisium dioksid, əlavə olaraq 20 mol təmiz dispers silisiumun və ya çəki ilə 10 hissəyə qədər əlavə edilməsi (bir mol SiO 2-nin kütləsi bir mol Si-dən ~ iki dəfə çoxdur). Əlavə edilmiş silisium hissəciklərinin kütləsi balastdır və qarışıq mineral turşular və duzlarla reaksiya verdikdə silisium hidridlərinin alınmasının son reaksiyasında iştirak etmir. Bu silisium silanların istehsalı üçün təklif olunan metodun texnoloji təkrar emal edilmiş xammalıdır.

3,5-4 hissə maqneziumun əlavə edilməsi onunla əsaslandırılır ki, 1,5-2 hissə maqnezium reaksiyaya uyğun olaraq silisiumun dioksiddən reduksiyası üçün lazımdır:

SiO 2 +2Mg=2MgO+Si,

Si+2Mg=Mg 2 Si reaksiyasına görə reduksiya edilmiş silisiumdan maqnezium silisidin əmələ gəlməsi üçün daha iki hissə maqneziumun əlavə edilməsi lazımdır.

Silikon dioksid hissəciklərinin maksimum ölçüsü 3 mm-dir və sonuncunun ölçülərinin maqnezium parçalarının ölçülərinə nisbəti:

reduksiya reaksiyası zamanı ayrılan istiliyi minimuma endirmək, maqnezium-termik reaksiyanın vaxtını optimallaşdırmaq üçün eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir. Maqneziumun 3 mm-dən böyük silikon dioksid hissəcikləri ilə qarşılıqlı təsiri yerli mini-partlayışa səbəb olur. Silikon dioksidin ölçüsündən on dəfə az olan maqnezium parça parçalarının ölçüsü də hissəciklərarası qarşılıqlı təsirin böyük səthinə və maqnezium silisidin əmələ gəlməsi üçün əhəmiyyətsiz istilik udulmasına görə mini-partlamaya səbəb olur. Silikon dioksid hissəciklərinə nisbətən maqneziumun parça parçalarının ölçüsünün iyirmi dəfədən çox artması ümumi reaksiya müddətinin əsassız artmasına səbəb olur.

Maqnezium silisidin sintez reaksiyası üçün temperatur diapazonunun 550-680°C olması onunla əsaslandırılır ki, stexiometrik nisbətlə müqayisədə reaksiyaya girən komponentlərin ümumi kütləsinin artması istilik intensivliyinin artırılması zərurətinə səbəb olur. maqnezium fraqmentlərinin ərimədən əvvəl məcmu vəziyyətinin dəyişdirilməsi imkanının yaradılması. Bu, maqnezium xammalının qiymətini aşağı salmaqla prosesin maya dəyərinin azalmasına gətirib çıxarır. Maqnezium tökmələrinin bazar qiyməti 80-90 rubl/kq, dağılmış maqneziumun qiyməti (maqnezium qırıntıları daxil olmaqla) 400-600 rubl təşkil edir. Kiloqram. Müəyyən bir temperatur diapazonunda, parça maqnezium xarici isitmə və istilik yayılması səbəbindən əriyir (t əriməsi = 620 ° C) və reaksiya zonasında bərabər paylanır.

Texniki vəziyyətin təhlili göstərdi ki, iddialarda göstərilən əsas xüsusiyyətlərin iddia edilən dəsti məlum deyil. Bu, onun “yenilik” meyarına cavab verdiyi qənaətinə gəlməyə imkan verir. İddia edilən ixtiranın “ixtira mərhələsi” meyarına uyğun olub-olmadığını yoxlamaq üçün iddia edilən texniki həllin prototipdən fərqlənən xüsusiyyətləri ilə üst-üstə düşən xüsusiyyətləri müəyyən etmək üçün məlum texniki həllər üçün əlavə axtarış aparılmışdır. Müəyyən edilmişdir ki, iddia edilən texniki həll texnikanın əvvəlkindən açıq şəkildə irəli gəlmir. Buna görə də, iddia edilən ixtira “ixtira mərhələsi” meyarına cavab verir. İxtiranın mahiyyəti metodun praktik tətbiqi nümunəsi ilə təsvir edilmişdir.

Praktik icra nümunəsi

Təklif olunan texniki həll xlorid turşusunda silisium və maqnezium silisid qarışığının turşu hidrolizi ilə silikon hidridlərin istehsalında xüsusi olaraq tətbiq edilmişdir:

Silikon və maqnezium silisidin qarışığı əvvəllər hidrogen mühitində aşağıdakı komponentlərin kalsifikasiyası ilə əldə edilmişdir:

Si+SiO 2 +4Mg=2MgO+Mg 2 Si+Si

(əvvəlki reaksiyada silisium dioksidin maqnezium-termik reduksiyası zamanı əmələ gələn maqnezium oksidinin reaksiyaya görə həll olunma reaksiyası göstərilmir). Silikon və silikon dioksidin hissəcik ölçüsü 1 mm-dən, maqnezium fraqmentlərinin ölçüsü isə 2,5 mm-dən çox olmamışdır. Reaksiya 650°C temperaturda nikromlu qızdırıcı ilə fırlanan sobada aparılmışdır. Fırının fırlanma sürəti 5 rpm idi. Reaksiya yükü nümunəsinə aşağıdakı komponentlər daxildir: silisium dioksid 2 kq, dispers silikon 20 kq, maqnezium 8 kq. Kalsinasiya müddəti 2 saat. Göstərilən parametrlərlə aparılan reaksiya nəticəsində komponent nisbəti 1:4 olan Mg 2 Si və Si qarışığı alınmışdır. Reaksiyada (turşu hidrolizindən sonra qalıqda) silikon dioksid qalığı aşkar edilməmişdir. Göstərilən icra nümunəsi iddia edilən metodun “ixtira addımı” şərtinə uyğunluğunu təsdiq edir.

1. Maqnezium silisidin istehsalı üçün bir üsul - dispers silisiumun aktiv maqnezium ilə inert mühitdə istilik qarşılıqlı təsiri nəticəsində əldə edilən, ardınca bu birləşmənin mineral turşularla qarşılıqlı təsiri, maqnezium silisidin istehsalının həyata keçirilməsi ilə xarakterizə olunur. qarışığın istilik qarşılıqlı təsiri ilə, o cümlədən 1 wt. silisium oksidinin dağılmış hissəcikləri, çəkisi 10 hissəyə qədər. silisium və çəki ilə 3,5-dən 4 hissəyə qədər. davamlı qarışdırmaqla maqnezium parçaları.

2. Silikon oksid hissəciklərinin ölçüsünün 3 mm-dən çox olmaması və silikon oksid hissəciklərinin ölçülərinin maqneziumun parça parçalarının ölçüsünə nisbətinin 1-ə bərabər olması ilə xarakterizə olunan 1-ci bəndə uyğun üsul: (10-20 ).

3. 1-ci bəndə uyğun üsul, onunla xarakterizə olunur ki, qarışdırma prosesi zamanı reaksiya verən komponentlərin qarşılıqlı təsiri 550-680°C temperatur intervalında həyata keçirilir.

Oxşar patentlər:

İxtira nazik yarımkeçirici və dielektrik təbəqələrin, eləcə də müxtəlif təyinatlı (elektronika, günəş enerjisi) yüksək təmizliyə malik poli- və monokristal silisiumunun əmələ gəlməsi üçün əlverişli olan yüksək təmizlik və aşağı qiymətə malik monosilan istehsalı üsuluna aiddir.

İxtira kimyəvi texnologiya proseslərində uçucu maddələrin qarışıqlarının ayrılması üsullarına aiddir və hədəf məhsulu təcrid etmək üçün xlorosilanların, hidridlərin, ftoridlərin, üzvi məhsulların və digər məhsulların qarışıqlarını ayırmaq üçün istifadə edilə bilər.

İxtira nazik təbəqəli yarımkeçirici məhsulların, həmçinin müxtəlif təyinatlı (yarımkeçirici texnologiya, günəş enerjisi) yüksək təmizlikli poli- və monokristal silisiumunun əmələ gəlməsi üçün uyğun olan yüksək təmizlikli monosilan istehsalı üsuluna aiddir.

İxtira enerji elektronikasında istifadə olunan yüksək təmiz yarımkeçirici silikonun, o cümlədən ultra böyük inteqral sxemlərin istehsalı və müxtəlif silikon tərkibli təbəqələrin və plyonka örtüklərinin formalaşması üçün silisium vaflilərinin istehsalı üçün silan istehsalı texnologiyasına aiddir. mikroelektronika.

Başqa adlar: silan, silisium hidrogen, silisium hidrid.

Fiziki xassələri

Kimyəvi xassələri və hazırlanma üsulları

• Silikon (IV) xlorid və litium tetrahidrid aluminat arasında reaksiya.

• 400-dən yuxarı parçalanmağa başlayır°C.

Saxlama

İstifadə olunmuş ədəbiyyatın siyahısı

1. Volkov, A.İ., Zharski, İ.M. Böyük kimyəvi məlumat kitabı / A.I. Volkov, İ.M. Zharski. - Mn.: Müasir məktəb, 2005. - 608 ISBN 985-6751-04-7 ilə.
2. Hoffman W., Rüdorf W., Haas A., Schenk P. W., Huber F., Schmeisser M., Baudler M., Becher H.-J., Dönges E., Schmidbaur H., Ehrlich P., Seifert H. I. Qeyri-üzvi sintez təlimatı : 6 cilddə. T.3. Per. ilə. Alman / Ed. G. Brouver. - M.: Mir, 1985. - 392 s., xəstə. [İlə. 715-717]