甲硅烷

甲硅烷
甲硅烷	硅烷
	IUPAC名; silicane
别名	硅化氢; 硅烷
识别
CAS号	7803-62-5
PubChem	23953
ChemSpider	22393
SMILES	[SiH4];
InChI	1/H4Si/h1H4;
InChIKey	BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYAE
Gmelin	273
UN编号	2203
ChEBI	29389
RTECS	VV1400000
性质
化学式	SiH4
摩尔质量	32.12 g·mol⁻¹
外观	无色气体
密度	0.7 g/ml（液态）; 1.313 g L−1（气态）
熔点	−185 °C（88 K）（）
沸点	−111.9 °C（161 K）（）
溶解性（水）	缓慢水解
结构
分子构型	正四面体; Si-H键长 1.4798 Å
偶极矩	0 D
热力学
ΔfHm⦵298K	34.31 kJ/mol
S⦵298K	204.61 J/mol·K
热容	42.81 J/mol·K
危险性
	GHS危险性符号;
GHS提示词	Danger
H-术语	H220, H280
P-术语	P210, P222, P230, P280, P377, P381, P403, P410+403
主要危害	极易燃烧，在空气中自燃
NFPA 704	4 2 3
爆炸极限	1.37–100%
PEL	无
相关物质
相关氢化物	甲烷、甲锗烷
	若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

甲硅烷（英语：Silane），也称甲矽烷、矽甲烷，化学式为Si H₄，是一种硅烷；有时也被简称为硅烷（勿混淆）。它的结构与甲烷类似，只是用硅取代了甲烷中的碳。在室温下，硅烷是一种易燃的气体，在空气中，无需外加火源，硅烷就可以自燃。但是有学者认为，硅烷本身是很稳定的，在自然状态下，是以聚合物的状态存在的。在超过420摄氏度的环境下，硅烷会分解成硅和氢，因此硅烷可以被用来以薄膜沉积提纯硅，是半导体工业重要的特用电子级气体之一^[5]。

甲硅烷是在1857年由德国化学家海因里希·布夫（Heinrich Buff）和弗里德里希·维勒（Friedrich Wöhler）通过盐酸和硅化铝反应发现的。^[6]

制备

工业上，多晶块状硅首先在摄氏200度置于流床反应器下化合：硅与通入的氯化氢形成三氯硅烷和氢气。反应式如下：

{\ce {Si + 3 HCl -> HSiCl3 + H2}}

将经过蒸馏纯化的三氯化硅置于有催化剂的resinous bed反应器而产生歧化反应，形成硅烷和四氯化硅。反应式如下：

{\ce {4 HSiCl3 -> SiH4 + 3SiCl4}}

此反应的催化剂常以金属卤化物为主，尤其是氯化铝。

安全

甲硅烷会在54 °C（129 °F）下自燃。^[7]至今已有多起因甲硅烷泄漏导致的燃烧和爆炸引起的伤亡事故。^[8]^[9]^[10]

{\ce {SiH4 + 2 O2 -> SiO2 + 2 H2O}}

\Delta H=-1517{\text{ kJ/mol }}=-47.23{\text{ kJ/g}}

相较于纯甲硅烷，经非活性气体（如氮气和氩气）稀释的甲硅烷暴露于空气时更容易燃烧，在纯氮里只要加入1%的矽烷和就有可能引发爆炸。^[11]

和甲烷不同，甲硅烷是剧毒，大鼠暴露于4小时的甲硅烷中的致死剂量（LC₅₀）是0.96%（9,600 ppm）。另外，甲硅烷接触眼睛产生的硅酸会刺激眼睛。^[12]

参见

参考资料

^ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 Haynes 2011，第4.87页.
^ Haynes 2011，第9.29页.
^ Haynes 2011，第5.14页.
^ NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0556. NIOSH.
^ 台灣特品化學公司 (PDF). [2018-07-02]. （原始内容 (PDF)存档于2015-09-21）.
^ Mellor, J. W. "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry", vol. VI, Longmans, Green and Co. (1947), p. 216.
^ Silane MSDS 互联网档案馆的存档，存档日期2014-05-19.
^ Chen, J. R. Characteristics of fire and explosion in semiconductor fabrication processes. Process Safety Progress. 2002, 21 (1): 19–25. S2CID 110162337. doi:10.1002/prs.680210106.
^ Chen, J. R.; Tsai, H. Y.; Chen, S. K.; Pan, H. R.; Hu, S. C.; Shen, C. C.; Kuan, C. M.; Lee, Y. C. & Wu, C. C. Analysis of a silane explosion in a photovoltaic fabrication plant. Process Safety Progress. 2006, 25 (3): 237–244. S2CID 111176344. doi:10.1002/prs.10136.
^ Chang, Y. Y.; Peng, D. J.; Wu, H. C.; Tsaur, C. C.; Shen, C. C.; Tsai, H. Y. & Chen, J. R. Revisiting of a silane explosion in a photovoltaic fabrication plant. Process Safety Progress. 2007, 26 (2): 155–158. S2CID 110741985. doi:10.1002/prs.10194.
^ Kondo, S.; Tokuhashi, K.; Nagai, H.; Iwasaka, M. & Kaise, M. Spontaneous Ignition Limits of Silane and Phosphine. Combustion and Flame. 1995, 101 (1–2): 170–174. doi:10.1016/0010-2180(94)00175-R.
^ MSDS for silane (PDF). vngas.com. 原始内容存档于2009-02-20.

延伸阅读

Haynes, William M. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 92nd. CRC Press. 2011. ISBN 978-1439855119.

外部链接

organofunctional silanes from Degussa AG （页面存档备份，存于互联网档案馆）
organofunctional silanes for building protection - water repellents - masonry protection - Graffiti Controll - sealer - easy to clean surface from Degussa AG （页面存档备份，存于互联网档案馆）
http://www.siridion.com （页面存档备份，存于互联网档案馆） chlorosilanes for telecommunication and electronic materials from Degussa
以硅烷化合物制备多晶矽原料

[FOOTNOTEHaynes20114.87-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 Haynes 2011，第4.87页.

[FOOTNOTEHaynes20119.29-2] Haynes 2011，第9.29页.

[FOOTNOTEHaynes20115.14-3] Haynes 2011，第5.14页.

[PGCH-4] NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0556. NIOSH.

[5] 台灣特品化學公司 (PDF). [2018-07-02]. （原始内容 (PDF)存档于2015-09-21）.

[6] Mellor, J. W. "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry", vol. VI, Longmans, Green and Co. (1947), p. 216.

[7] Silane MSDS 互联网档案馆的存档，存档日期2014-05-19.

[8] Chen, J. R. Characteristics of fire and explosion in semiconductor fabrication processes. Process Safety Progress. 2002, 21 (1): 19–25. S2CID 110162337. doi:10.1002/prs.680210106.

[9] Chen, J. R.; Tsai, H. Y.; Chen, S. K.; Pan, H. R.; Hu, S. C.; Shen, C. C.; Kuan, C. M.; Lee, Y. C. & Wu, C. C. Analysis of a silane explosion in a photovoltaic fabrication plant. Process Safety Progress. 2006, 25 (3): 237–244. S2CID 111176344. doi:10.1002/prs.10136.

[10] Chang, Y. Y.; Peng, D. J.; Wu, H. C.; Tsaur, C. C.; Shen, C. C.; Tsai, H. Y. & Chen, J. R. Revisiting of a silane explosion in a photovoltaic fabrication plant. Process Safety Progress. 2007, 26 (2): 155–158. S2CID 110741985. doi:10.1002/prs.10194.

[11] Kondo, S.; Tokuhashi, K.; Nagai, H.; Iwasaka, M. & Kaise, M. Spontaneous Ignition Limits of Silane and Phosphine. Combustion and Flame. 1995, 101 (1–2): 170–174. doi:10.1016/0010-2180(94)00175-R.

[12] MSDS for silane (PDF). vngas.com. 原始内容存档于2009-02-20.

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