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四氫化硅

鎖定
四氫化硅(Silicon tetrahydride),別名為硅烷、甲硅烷、單硅烷、硅甲烷。是生成有機硅的基本原料,化學式為SiH4,分子量為32.12。 [1]  為極易揮發的無色氣體,有惡臭味,性質活潑,在水中能分解,不溶於醇和苯。液體密度0.68 g/mL。四氫化硅為有毒氣體,對組織有強刺激性,人體吸入後會造成頭暈、發熱、噁心,昏迷等症狀。有較大的燃燒危險,在空氣中能自燃或爆炸,同時生成多種衍生物。空氣中的容許濃度美國為5 ppm [2] 
中文名
四氫化硅
外文名
Silicon tetrahydride; Silcane; Silicohydride; monosilane; silicomethane [2] 
別    名
硅硅、甲硅烷、單硅烷、硅甲烷、四烴基硅
化學式
SiH4
分子量
32.12
CAS登錄號
7803-62-5
EINECS登錄號
232-263-4
熔    點
-185 ℃
沸    點
-112 ℃(760 mmHg)
水溶性
溶於水
密    度
1.44 g/m³(0℃,1 bar,氣體)
外    觀
無色氣體,有大蒜噁心氣味
應    用
電子工業用作氮化硅,外延材料等的摻雜劑,用於化學合成,非晶形硅的生產 [2] 
安全性描述
S9、S16、S33、S36/37/39
危險性符號
F:Flammable;Xn:Harmful(易燃品、有害)
危險性描述
R12、R17、R20
UN危險貨物編號
2203

四氫化硅理化性質

四氫化硅物理性質

相對蒸汽密度(g/mL,空氣=1):1.2
蒸發熱(KJ/mol):12.5
熔化熱(KJ/mol):0.67
生成熱(KJ/mol):32.6
比熱容(KJ/(kg·K),25℃):1.335
臨界温度(℃):-3.5
臨界壓力(MPa):4.864
溶解性:溶於水,幾乎不溶於乙醇乙醚氯仿硅氯仿和四氯化硅。
臨界體積:151. 5(計算) / 136. 75(實測)cm3/mol。

四氫化硅化學性質

在室温下,硅烷是一種易燃的氣體,在空氣中,無需外加火源,硅烷就可以自燃。但是有學者認為,硅烷本身是很穩定的,在自然狀態下,是以聚合物的狀態存在的。在超過420攝氏度的環境下,硅烷會分解成硅和氫。因此硅烷可以被用來提純硅。
硅烷在常温常壓下為具有惡臭的無色氣體。在室温下着火,在空氣或鹵素氣體中發生爆炸性燃燒。即使用其它氣體稀釋,如果濃度不夠低.仍能自燃。硅烷在氬氣中含2%、氮氣中含2.5%、氫氣中含1%時,它仍能着火。硅烷濃度在小於1%時不燃,大於3%時自燃,1%~3%時可能燃燒。
SiH4+2O2—→SiO2+2H2O
燃燒產物為粉狀氧化硅和水,火焰温度較低,在氬氣中含3%硅烷時為500~600℃。常温下穩定,在300℃開始分解,600℃時分解加速,1000℃時完全分解成
SiH4—→Si+2H2
在中性或酸性水中比較穩定,但是在鹼性水溶液中容易分解。
SiH4+2H2O—→SiO2+4H2
SiH4+2KOH+H2O—→K2SiO3+4H2
硅烷是強還原劑,與重金屬鹵化物激烈反應,與發生爆炸性反應,與四氯化碳激烈反應。因此對硅烷不能使用氟里昂滅火劑。硅烷不溶於乙醇、乙醚、苯、氯仿和四氯化硅。不與潤滑油、脂肪反應。對幾乎所有的金屬無腐蝕性。有時,玻璃中的鹼成分也能分解硅烷。溶解在二硫化碳中的硅烷遇到空氣也可發生爆炸。

四氫化硅製備方法

硅烷的製備裝置 硅烷的製備裝置
在反應瓶和加料漏斗裏分別裝入1.14g LiAlH4於70mL乙醚中的溶液和2.30mL SiCl4於50mL乙醚中的圖硅烷的製備裝置溶液。在整個合成過程中,把冷浴和指型冷卻管分別保持在-15~-20℃和-78.5℃。將儀器抽空後,乙醚開始迴流,此時必須要注意避免過多的驟沸。然後,將靠近反應裝置的U形管接收器冷卻到-95℃(用甲苯凍膏),其餘四個接收器冷卻到-196℃(液氮)。在攪拌下,用15min將SiCl4+乙醚溶液加入到LiAlH4懸浮液中。為了避免乙醚劇烈迴流,使甲硅烷連續地以中等速度分出。調節反應器和真空管路之間的玻璃活塞便可以容易地控制反應速度。將SiCl4加完後,繼續攪拌15~20min,以保證反應完全。在此期間,將反應器和真空系統切斷以免乙醚逃逸過多。當甲硅烷從真空系統排淨之後,將空氣通入反應器,拆開真空系統。
從液氮冷卻的接收器中取出分離物(甲硅烷及痕量乙醚),集中到一起,將-95℃接收器接收的物料放掉(主要為乙醚)。為了除去痕量的乙醚,最好在-130℃的接收器通過5次(用戊烷冷卻),而收集在-196℃接收器中,純甲硅烷的收率為SiCl4的80%。雜質有氯化氫,此氯化氫,以-160℃接收器來代替-130℃接收器,幾乎可以完全除去。最後殘餘的痕量氯化氫,用水或濕的1,2-二甲氧基乙烷處理之後,通過-130℃接收器可以除去。 [3] 

四氫化硅應用領域

1、電子工業用作氮化硅、外延材料等的摻雜源。半導體超純硅原料,是半導體工業中單晶硅、多晶硅外延片以及二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃等化學氣相沉積工藝的硅源,並廣泛用於太陽能電池、硅複印機鼓、光電傳感器、光導纖維及特種玻璃等的生產研製。
2、用於電子工業中多晶硅和單晶硅外延澱積、二氧化硅的低温化學氣相沉積、非晶硅薄膜澱積。 [3] 

四氫化硅安全信息

四氫化硅健康危害

一、健康危害
侵入途徑:吸入。
健康危害:吸入甲硅烷蒸氣後,引起頭痛、頭暈、發熱、噁心、多汗;嚴重者面色蒼白,脈搏微弱,陷入半昏迷狀態。
二、毒理學資料及環境行為
急性毒性:LC509600ppm,4小時(大鼠吸入)
危險特性:遇明火、高熱極易燃燒。暴露在空氣中能自燃。與氟、氯等能發生劇烈的化學反應。
燃燒(分解)產物:氧化硅、氫氣。

四氫化硅危害防治

一、泄漏應急處理
迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並隔離直至氣體散盡,切斷火源。建議應急處理人員戴自給式呼吸器,穿一般消防防護服。切斷氣源,噴灑霧狀水稀釋,抽排(室內)或強力通風(室外)。如有可能,將殘餘氣或漏出氣用排風機送至水洗塔或與塔相連的通風櫥內。漏氣容器不能再用,且要經過技術處理以清除可能剩下的氣體。
二、防護措施
呼吸系統防護:空氣中濃度超標時,應該佩帶防毒口罩。必要時佩帶自給式呼吸器。
眼睛防護:一般不需要特殊防護,高濃度接觸時可戴安全防護眼鏡。
身體防護:穿工作服。
手防護:一般不需要特殊防護。
其它:工作現場嚴禁吸煙。進入罐或其它高濃度區作業,須有人監護。
三、急救措施
吸入:脱離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。必要時進行人工呼吸。就醫。
滅火方法:切斷氣源。若不能立即切斷氣源,則不允許熄滅正在燃燒的氣體。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。二氧化碳。

四氫化硅計算化學數據

1、 疏水參數計算參考值(XlogP):無
2、 氫鍵供體數量:6
3、 氫鍵受體數量:6
4、 可旋轉化學鍵數量:0
5、 互變異構體數量:無
6、 拓撲分子極性表面積(TPSA):121
7、 重原子數量:7
8、 表面電荷:0
9、 複雜度:62.7
10、 同位素原子數量:0
11、 確定原子立構中心數量:0
12、 不確定原子立構中心數量:0
13、 確定化學鍵立構中心數量:0
14、 不確定化學鍵立構中心數量:0
15、 共價鍵單元數量:1 [3] 
參考資料
  • 1.    四氫化硅  .醫學百科網[引用日期2020-04-07]
  • 2.    羅明泉,俞平編.常見有毒和危險化學品手冊.北京:中國輕工業出版社,1992.07:327
  • 3.    四氫化硅  .化學品數據庫[引用日期2017-11-01]