Силан газ — Искра Газ

Большая энциклопедия нефти и газа

Cтраница 2

Приведенная таблица не исчерпывает перечня высококипящих кремнийорганических соединений, обладающих низкими температурами плавления. Преимущественное применение в промышленности получили пока ароматические эфиры ортокремниевой кислоты; представляют практический интерес такжесмеси четырехзамещенных силанов и полиорганосил-оксанов.

Опыт показывает, что все эти вещества целесообразно использовать лишь в жидком состоянии при температурах на 60 — 80 ниже точки кипения ( чаще всего около 350 С), обеспечивающих незначительную степень их разложения или полимеризации.

Агрессивность всей рассматриваемой группы теплоносителей по отношению к распространенным конструкционным материалам ( включая углеродистую сталь) при указанных рабочих температурах незначительна.  [16]

Так, сборник 6 заменяют промывной склянкой с водой ( воду предварительно кипятят для удаления растворенных газои и слабо подкисляют соляной кислотой для предотвращения разложения силановК После промывания водой ( для удаления аммиака)смесь силанов и водорода проходит через большую трубку с пятиокисью фосфора и затем поступает в конденсатор, охлаждаемый жидким азотом.

Нескондеисированный газ ( водород) откачивают вакуум-насосом; для улавливания силанов, которые могут быть унесены из первого ( по ходу газа) конденсатора, перед насосом дополнительно включают несколько кондеисаторои, охлаждаемых жидким азотом.  [17]

Только в 20 — х годах текущего столетия были получены высшие кремневодородыг или силаны, вплоть до гексасилана Si6Hi4, аналога гексана СеНн.

Источником этих веществ являются сплавы магния с кремнием, получаемые при прокаливании порошка чистого кварца SiOa с металлическим магнием.

Растворяя такие сплавы в соляной кислоте, получаютсмеси силанов, которые затем фракционируют при низких температурах.  [18]

При соприкосновении с воздухом смеси боранов самопроизвольно воспламеняются, как исмеси силанов. Теплотворная способность боранов на единицу веса особенно велика, что позволяет использовать их как ракетное топливо.

 [19]

Чувствительны к воздуху, термически неустойчивы. Дисилан Si2He очень мало растворяется в холодной воде. Жидкие силаны практически не смешиваются с холодной водой. Энергично разлагаются горячей водой, щелочами. Получениесмеси силанов см. 1073; разделение смеси на отдельные силаны проводят фракционной конденсацией.  [20]

Страницы:      1    2

Гидрид кремния(iv), химические свойства, получение

Диоксид кремния (кремнезем)

Нахождение в природекремнезема

Диоксид
кремния имеет атомную
кристаллическую решетку. Существует в виде кристаллической (горный хрусталь,
аметист, агат, яшма), аморфной (опал) и стеклообразной (кварцевое стекло) форм

Химические свойствакремнезема

Диоксид кремния — кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства

• Практически не растворяется в воде и органических растворителях.

• Взаимодействует с растворами и расплавами щелочей, образуя силикаты:

SiO2 2KOH → K2SiO3 H2O

• Реагирует с основными оксидами:

SiO2 CaO → CaSiO3

• Вытесняет углекислый газ при сплавлении с карбонатами щелочных металлов:

SiO2 K2CO3 → K2SiO3 CO2

• Из всех кислот вступает в реакцию только с плавиковой кислотой, с образованием кремнийфтористоводородной кислоты:

SiO2 6HF(р-р) → H2[SiF6] 2H2O

• С газообразным фтороводородом взаимодействует при 250-400ºС с образованием тетрафторсилана:

SiO2 4HF(г) = SiF4 2H2O

SiO2 2F2 = SiF4 O2

• Взаимодействует с активнымиметаллами при температуре выше 1000 °С с образованием кремния:

SiO2 2Mg → Si 2MgO

При избытке
восстановителя образуются силициды:

SiO2 4Mg → Mg2Si 2MgO

SiO2 2Н2 → Si 2Н2O

SiO2 3С → SiС 2СО

• При
  сплавлении реагирует с фосфатом кальция и углем:

3SiO2 Ca3(PO4)2 5C → 3CaSiO3 5CO 2P

Кремниевые кислоты и силикаты

Кремниевые кислоты – nSiO2 · mH2O

Кремниевые кислоты — соединения общей формулы nSiO2 · mH2O. Это очень слабые, малорастворимые в воде соединения, легко образующие коллоидные растворы.

Существуют ортокремниевая кислота – H4SiO4

Метакремниевая (кремниевая) кислота – H2SiO3

Ди – и поликремниевые
кислоты

Способы получениякремниевых кислот

Na2SiO3 2HCl → H2SiO3 2NaCl

SiCl4 4H2O = H4SiO4 4HCl

Химические свойствакремниевых кислот

• кремниевая
  кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

H2SiO3 4KOH → K2SiO3 4H2O

• При нагревании кремниевая кислота дегидратируется с образованием оксида и воды:

H2SiO3 → SiO2 H2O

Отличия от алканов

Поскольку связи Si—Si и Si—H слабее связей C—C и C—H, силаны отличаются от углеводородов меньшей устойчивостью и повышенной реакционноспособностью. Плотность, температуры кипения и плавления силанов выше, чем у соответствующих углеводородов.

Получение диоксида кремния

Понадобится:

• жидкое стекло (силикат натрия);
• кислота (серная, хлороводородная или азотная);
• вода;
• сода.

Наливаем в стакан силикат натрия и добавляем кислоту.

При добавлении кислоты сразу начинает образовываться осадок диоксида кремния. Кислоту добавляем пока не образуется достаточного количества диоксида кремния.

В другом стакане разводим 5% раствор соды и помещаем туда полученный осадок. Таким образом, мы избавимся от остатка кислоты.После, диоксид кремния необходимо промыть несколько раз чистой водой, чтобы избавится от остатков соды.

После промывки фильтруем осадок через бумажный фильтр.

Далее выкладываем диоксид кремния на термостойкую посуду и отправляем в печь прогретую до 200 °C., на 1.5 – 2 часа.

Результат.

Силицид магния – неорганическое бинарное соединение магния и кремния. Формула Mg2Si.

Свойства:

• термически устойчив
• температура плавления 1102 °C
• молярная масса 76.7 г/моль
• плотность 1.988 г/см3
• гидролизуется водой
• разлагаем в кислотах

Применение:

Получение диоксида кремния, силицида магния и силана

Диоксид кремния – бесцветное кристаллическое вещество, обладающее высокой прочностью и твердостью. Формула SiO2.

Свойства:

• температура плавления 1713 – 1728 °C
• взаимодействует с основными оксидами и щелочами (при нагревании)
• принадлежит к группе кислотных оксидов
• растворим в плавиковой кислоте
• является стеклообразующим оксидом (склонен к образованию переохлажденного расплава – стекла)
• диэлектрик (эл. ток не проводит)
• не реагирует с водой
• прочен

Применение:

• изготовление стекла, бетонных изделий, керамики, кремнеземистых огнеупоров, кремния, резины и пр.
• электроника, радиоэлектроника, ультразвуковые приборы
• аморфный непористый диоксид кремния используется в пищевой промышленности (E551), фармацевтической и парафармацевтической промышленности.
• волоконно-оптические кабели

Получение силана

Понадобится:

• серная кислота;
• силицид магния.

Наливаем в чашку немного серной кислоты (если налить много, то силан может не самовоспламениться) и добавляем силицид магния.

Начнут происходить вспышки – это самовоспламеняющийся на воздухе газ силан.

Видео инструкция получения чистого диоксида кремния, силицида магния и силана.

Loading…

Получение силицида магния

Понадобится:

• диоксид кремния;
• магний (прошкообразный).

Измельчаем в ступке диоксид кремния.

Смешиваем 4 г., диоксида кремния и 6 г., магния. Если у вас порошок магния черного цвета, то необходимо перетереть его в ступке с диоксидом кремния.

Насыпаем смесь в закрепленную на штативе пробирку и нагреваем газовой горелкой.Важно! Все компоненты до нагревания должны быть хорошо просушены! Если в смеси будет присутствовать даже небольшое количество влаги, то при реакции начнет выделяться селан, который в последующем воспламениться.

Под воздействием высокой температуры в пробирке начинает образовываться силицид магния (вещество темного цвета).

Далее извлекаем полученное вещество из пробирки. Заворачиваем ее в бумагу и разбиваем.

Отделяем части пробирки от порошка.

Силан – пирофорный газ. Формула SiH4.

Свойства:

• молярная масса 32.12 г/моль
• состояние газообразное
• бесцветен
• ядовит
• воспламеняется при контакте с воздухом
• легко окисляем
• устойчив в нейтральной и кислотной среде
• растворяется в бензине, эталоне
• плотность 0.001342 г/см3
• температура плавления – 185 °C
• температура кипения – 112 °C
• температура разложения 500 °C

Применение:

• при реакциях органического синтеза (получение ценных кремнийорганических полимеров и др.)
• микроэлектроника
• получение сверхчистого поликремния
• связь между органической матрицей и неорганическим наполнителем в композиционных стоматологических материалах

Преимущества силанов

Силаны, имеют целый ряд важнейших эксплуатационных качеств:

• Способность сохранять высокую функциональную активность в большом температурном диапазоне.
• Незначительный температурный градиент вязкости.
• Оптимальную степень инертности к коррозии.
• Высокую температуру вспышки.
• Уникальный гидрофобный эффект.
• Максимальную электроизоляционную стойкость.
• Высокую термостойкость.
• Высокую биологическую инертность.
• Почти полное отсутствие окисляемости.

Как мы видим, в современном мире роль силанов трудно переоценить. Сфера применения силанов постоянно расширяется, что делает эти материалы универсальными.

Применение силана

Силан – водородное соединение кремния — SiH4. Бесцветный газ с характерным неприятным запахом. Он получается из силицидов различных металлов при взаимодействии их с кислотами.

Этот кремневодород никогда не образуется как моносилан. Вместе с ним получаются ди- и трисиланы, где атомы кремния связаны между собой.

Как и моносилан, дисилан – газообразное вещество, остальные представители силанов – летучие ядовитые жидкости, а высшие члены семейства – твердые вещества.

Разница между метаном и силаном

Атомы углерода и кремния, пребывая в характерном для этих химических элементов состоянии sp3-гибридизации, способны взаимодействовать с водородом, образуя два абсолютно различных газа – метан (CH4) и силан (SiH4). Метан – природный газ, а его аналог – силан получают только косвенным путем в результате химических реакций, производимых в лабораторных либо промышленных условиях.

Содержание статьи

Метан – простейший природный углеводород, рудничный или болотный газ, с химической формулой – CH4. Именно с него начинается гомологический ряд всех насыщенных углеводородов. Метан довольно инертен, он проявляет завидную устойчивость к химическим воздействиям. Этот газ, как и прочие алканы, взаимодействует с рядом веществ в реакциях радикального замещения.

Он бесцветен и не обладает запахом, поэтому прежде чем допустить его к использованию в быту.

Метан — термически устойчивый алкан. Он превосходен в качестве топлива и промышленного сырья.

Метан входит в состав природного газа, используемого в быту

Силан – газ, который синтезируют, разлагая силициды металлов кислотами. Он бесцветен, ядовит, а запах его довольно неприятен.

Он устойчив в кислых и нейтральных средах, а в щелочной среде даже с ничтожными следами ионов OH— он мгновенно гидролизуется.

Силан необходим для проведения разнообразных реакций, органического синтеза, благодаря которым получают ценные кремнийорганические полимеры. Являясь источником чистого кремния, он весьма важен для микроэлектронной промышленности. Из него получают сверхчистый поликремний. Кроме того, из силана производят композиционные стоматологические материалы.

Силан (моносилан, гидрид кремния)

Способы получения силана

• Разложение силицида магния соляной кислотой – наиболее распространенный способ получения силана:

Mg2Si 4HCl → 2MgCl2  SiH4↑

• Восстановление галогенидов кремния алюмогидридом лития:

SiCl4 LiAlH4 = SiH4↑ LiCl AlCl3

• Разложение триэтоксисилана при нагревании до 80ºС в присутствии натрия:

4SiH(OC2H5)3 = SiH4↑ 3Si(OC2H5)4

Химические свойствасилана

Силаны (кремневодороды) имеют общую формулу SinH2n 2, где n = 1-8. Цепи -Si-Si- неустойчивы.

Моносилан SiH4 – бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом.

• Окисляется кислородом даже при невысоких температурах. На воздухе он самовоспламеняется (часто со взрывом) с образованием SiO₂ и H₂O:

SiH4 2O2 → SiO2 2H2O

Видео Горение силана

• Силан с легкостью гидролизуетсяводой и особенно легко щелочами:

SiH4 2H2O → SiO2 4H2

SiH4  2NaOH H2O → Na2SiO3 4H2

• При
  нагревании разлагается:

SiH4 → Si 2H2

Силикаты – соли кремниевой кислоты

Большинство силикатов
нерастворимо в воде. Растворимыми являются силикаты натрия и калия,
растворы которых
называют
«жидким стеклом».

Способы получениясиликатов

• Взаимодействие кремния, кремниевой кислоты или диоксида кремния с щелочью:

H2SiO3 2KOH → K2SiO3 2H2O

Si 2NaOH H2O → Na2SiO3 H2

SiO2 2KOH → K2SiO3 H2O

• Реакция с основными оксидами:

СаО SiO2 → CaSiO3

• Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K2SiO3 CaCl2 → CaSiO3 2KCl

Химические свойствасиликатов

• Силикаты в водных растворах сильно гидролизованы (среда щелочная):

K2SiO3 H2O ↔ KНSiO3 KOH

SiO32- H2O ↔ НSiO3— OH—

• Взаимодействие с растворимыми солями:

Na2SiO3 MgCl2 =MgSiO3↓ 2NaCl

• При пропускании СО₂ через растворы силикатов происходит выпадение гелеобразного осадка кремневой кислоты:

Na2SiO3 CO2 H2O = H2SiO3↓ Na2CO3

Сравнение

В чем заключается разница между метаном и силаном? Метан – органическое, а силан – неорганическое вещество. Ковалентная связь C—H сильнее связи Si—H, следовательно, метан обладает повышенной устойчивостью и большей инертностью, чем силан.

Высокая реакционноспособность силана является причиной его бесконтрольного самовоспламенения в воздухе. Чистый метан, без примеси воздуха и кислорода, горит спокойно, а при их добавлении образуются взрывчатые смеси.

Сферы применения

Силаны можно назвать одними из основных современных стратегических материалов, которые нашли применение в разных сферах:

• Добыча и разработка нефти и газа. Они используются при эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин в качестве гидрофобизаторов, смесей для тампонажа, пеногасителей и т. д
• Транспортировка природного газа. Их используют в качестве защитных покрытий подземных емкостей, а также в качестве гидравлических жидкостей и термостойких лаков.
• Строительные материалы: гидрофобизаторы, герметики, битумные смеси, битумная кровля.
• Строительство дорог: полимерные защитные составы, битумные эмульсии.
• Химическая промышленность: производство пластмасс, технических масел, смазок и резины, антиадгезивов.
• Сталелитейная промышленность: в качестве связующего материала в изготовлении керамических форм для точного литья и как термоустойчивые краски.
• Автомобилестроение: термоустойчивые лаки, герметики, технические масла и смазки.
• Электротехническая индустрия: электроизоляционные, пропиточные и покровные материалы.
• Текстильное производство: материалы для пеногашения, замасливания.
• Парфюмерная индустрия: в качестве компонентов косметических средств – кремов, помад для губ и т.д.

Этим перечислением сферы применения силанов не ограничиваются. Так, например, сегодня трудно представить себе современную стоматологию без использования силанов.

Они применяются в фиксации и реставрационном керамическом ремонте коронок и мостовидных протезов. А также они незаменимы в изготовлении ортопедических конструкций.

Силаны отлично зарекомендовали себя как композитные пломбировочные материалы.

Моносилан кремния применяется в производстве поликристаллического кремния и в полупроводниковом производстве. Его применяют как исходный материал для получения поликристаллических стержней кремния, который обладает высокой чистотой и используется в современной электронной промышленности.

Физические свойства

По физическим свойствам силаны сходны с углеводородами. Моносилан SiH4 и дисилан Si2Н6 являются бесцветными газами с неприятным запахом,трисилан Si3Н8 — бесцветная, ядовитая, летучая жидкость. Высшие члены гомологического ряда — твёрдые вещества. Силаны растворяются в этаноле,бензине, органосиланах, CS2. Силаны, бораны и алканы имеют одинаковые формулы, но разные свойства.

Химические свойства

Силаны воспламеняются на воздухе, Si2Н6 взрывается при контакте с воздухом. Наиболее термически устойчивым является моносилан (энергия связи Si—H 364 кДж/моль)

Силаны чрезвычайно легко окисляются. Моносилан в присутствии кислорода окисляется со вспышкой даже при температуре жидкого воздуха. В зависимости от условий реакции, продуктом окисления является либо SiO2, либо промежуточные вещества:

 ΔHo298 = −1357 кДж

Силаны являются хорошими восстановителями, они переводят КМnО4 в MnO2, Hg(II) в Hg(I), Fe(III) в Fe(II) и т. д. Силаны устойчивы в нейтральной и кислой средах, но легко гидролизуются даже в присутствии малейших следов ОН−-ионов:

С галогенами силаны реагируют со взрывом, при низких температурaх образуются галогениды кремния.

Критическая точка моносилана достигается примерно при -4 С и давлении 50 атм.

Химические свойства силана

Термические превращения Моносилан является наиболее устойчивым из силанов. Он начинает заметно разлагаться на кремний и водород при температуре -380 С . Выше 500 С разложение идет с очень большой скоростью.

Водород, образующийся по реакции, тормозит разложение; но реакция не прекращается . SiH4 = SiH2 H2 SiH2 = Si H2 При температурах 300 С и выше силан частично превращается в дисилан и трисилан ..

Моносилан воспламеняется на воздухе даже при -180 С. Чистый силан можно смешать в определœенном соотношении с воздухом или кислородом при температуре 523 К и атмосферном давлении без взрыва, в случае если эти смеси лежат за пределами верхнего и нижнего пределов воспламенения.

В процессе сгорания моносилана исходя из количества кислорода и температуры получаются SiO, Si02, производные кремниевой кислоты. Взаимодействие с водой Впервые взаимодействие силана с водой и водными растворами кислот и щелочей было изучено в работах .

Чистая вода в кварцевых сосудах не разлагает силан, но малейшие следы щелочи (достаточно щелочи, извлекаемой водой из стекла) ускоряют разложение.

Гидролиз протекает весьма быстро и приводит к отщеплению всœего водорода, связанного с кремнием: SiH4 2H20 = Si02 4H2 SiH4 2NaOH Н20 =Na2Si03 4Н2 Гидролиз силана катализируется также и кислотами, но не так энергично, как щелочами.

Следы влаги в сочетании с достаточно активными поверхностями (к примеру, баллонов для хранения силана) реагируют с избытком моносилана практически полностью с образованием силоксанов и водорода по уравнению : 2SiH4 H20 = (H3Si)20 2H2 Взаимодействие с галогенами, галогенпроизводными и некоторыми другими веществами.

Хлористый водород при атмосферном давлении в отсутствии катализаторов не реагирует с силаном даже при повышенной температуре.

В присутствии катализаторов, к примеру, хлорида алюминия, реакция гладко протекает уже при комнатной температуре и приводит к образованию хлорзамещенных силанов . SiH4 HCl = SiH3Cl H2

SiH4 2НС1 = SiH2Cl2 H2 и т.д. С фосфином силан реагирует при температуре выше 400 С с образованием SiH3PH2 и малых количеств SiH2(PH2)2, PH(SiH3)2 и Si2P, аналогичные производные получены и с арсином . Взаимодействие с органическими соединœениями.

При обычных условиях взаимодействие наблюдается при облучении ультрафиолетовым светом. В результате термического взаимодействия ацетилена с силаном образуется немного винилсилана, но главным продуктом реакции является этинилдивинилсилан .

В результате фотохимической реакции получается, главным образом, винил силан .

Сегодня в литературе описаны десятки способов получения моносилана. Не всœе из них нашли промышленное развитие. К промышленным методам получения силана относятся: 1. Разложение силицидов металлов. 2. Восстановление галогенидов кремния гидридами металлов. 3. Каталитическое диспропорционирование триалкоксисилана. 4.

Каталитическое диспропорционирование трихлорсилана. Разложение силицидов металлов Для получения силана по реакции разложения силицидов металлов, наиболее подходящим исходным сырьём является силицид магния .

Уравнение реакции данного метода получения силана выглядит следующим образом: Mg2Si 4Н20 = SiH4 2Mg(OH)2 Суммарный выход силанов по кремнию, содержащемуся в силициде, составляет 25-30 %. Из них по данным [10,16, 30] 37 % — Sibi,; 30 % — Si2H6; 15 % — Si3H8 и 10 % — Si io; остальные — жидкие силаны Si5Hi2 и Si6H14, а также твердые состава (SiHi, .

При взаимодействии силицида магния с бромидом аммония в среде жидкого аммиака , выход силанов повышается до 70-80 % (SiH4 — 97,2 % и Si2H6-2,8%): Mg2Si 4NH4Br = 2MgBr2 SiH4 4NH3 . В силане, указано присутствие более 20 примесных веществ, среди которых гомологи силана до Si8Hi8, лёгкие углеводороды, аммиак, бензол, толуол, хлористый водород.

Восстановление галогенидов кремния гидридами металлов . Этот способ является удобным, так как реакция идёт при обычных температурах и атмосферном давлении и почти с количественным выходом. Полученный силан не загрязнён примесью высших силанов.

Гидриды кремния, так называемые силаны, образуют гомологический ряд, аналогичный ряду насыщенных алифатических углеводородов, но отличающийся неустойчивостью полисилановых цепей -Si-Si-.

Силан SiН4 — наиболее устойчивый первый представитель всœего гомологического ряда; только при температуре красного каления он разлагается на кремний и водород.

Основной схемой их получения является взаимодействие Mg2Si с соляной кислотой. Фракционированием образующейся смеси бывают получены соответствующие кремневодороды. Существуют и другие методы получения силанов. К примеру, восстановлением галоидсиланов гидридом лития или алюмогидридом лития, а также восстановлением галоидсиланов водородом в присутствии АIСl3

SiН 3 СI H2->SiН4 HCI. В противоположность очень инœертным углеводородам силаны являются чрезвычайно реакционноспособными соединœениями. Важным свойством, которым силаны отличаются от углеводородов, является легкость гидролиза связи Si-H в присутствии щелочных катализаторов. Гидролиз протекает весьма быстро, и данный процесс можно изобразить следующим образом:

SiH4 2H2О→SiО2 4Н2

SiH4 2NaOH H2О→Nа2SiOз 4Н2.

При каталитическом действии щелочи на высшие силаны происходит разрыв связи Si-Si

Н3Si-SiН3 6H2О→3SiО2 10H2.

Со свободными галоидами они реагируют аналогично углеводородам, последовательно обменивая на галоид один атом водорода за другим. С галоидводородами в присутствии катализатора (АIСl3) идет подобная же, но не имеющая себе аналогичной в химии углеводорода, реакция обмена водорода на галоид

SiН4 HCI→H2 SiН3СI.

Трихлорсилан SiН3СI должна быть получен прямым синтезом из Si и HCI при повышенной температуре.

С концентрированной серной кислотой силаны не реагируют.

Соединœения с его участием применяются для защиты металла.

Моносилан — бинарное неорганическое соединœение кремния и водорода с формулой SiH4, бесцветный газ с неприятным запахом, самовоспламеняется на воздухе, реагирует с водой, ядовит

Химическое уровнение сделать кислород силаном sih4 —

Чем интересны силаны?

Силаны делятся на три вида:

1. 1.Силаны из первой группы могут вступать в реакции с неорганическими поверхностями, в качестве соединяющего вещества между разными по составу материалами.
2. 2.Нефункциональные силаны, имеющие только одну активную группу, способны вступать в реакции с неорганическими веществами. Они нашли применение в специфической трансформации поверхностей материалов.
3. 3.Есть еще одна группа силанов – бифункциональные, так называемые сшивающие вещества. Они применяются в сталелитейном и шинном производстве.