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 определенном соотношении с воздухом или кислородом при температуре 523 К и атмосферном давлении без взрыва, если эти смеси лежат за пределами верхнего и нижнего пределов воспламенения. При других условиях, особенно в присутствии высших силанов, наблюдается самовоспламенение или взрыв.

В процессе сгорания моносилана в зависимости от 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 всего 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 (например, 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.

Галогены реагируют с силаном очень энергично, со взрывом. При низких температурах реакцию можно проводить с регулируемой скоростью. Хлористый водород при атмосферном давлении в отсутствии катализаторов не реагирует с силаном даже при повышенной температуре. В присутствии катализаторов, например, 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 соединениями.

С предельными углеводородами силан не взаимодействует до 600 С. Олефины, например этилен, присоединяются к силану при 460-510 С и атмосферном давлении. Основными продуктами реакции являются моно- и диалкилсиланы. При 100 С реакция идет только под давлением. 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.

В настоящее время в литературе описаны десятки способов получения моносилана. Не все 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 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 всего гомологического ряда; только при температуре красного каления он разлагается на кремний и водород. Дисилан Si2H6 разлагается при нагревании выше 3000 на силан и твердый полимер; гексасилан Si6H14, являющийся наивысшим известным членом гомологического ряда, медленно разлагается уже при нормальной температуре. Все силаны обладают характерным запахом и сильно ядовиты.

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

SiН 3 СI + H2->SiН4 + HCI. В противоположность очень инертным углеводородам силаны являются чрезвычайно реакционноспособными соединениями. Важным свойством, которым силаны отличаются от углеводородов, является легкость гидролиза связи Si-H в присутствии щелочных катализаторов. Гидролиз протекает весьма быстро, и этот 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 может быть получен прямым синтезом из Si и HCI при повышенной температуре.

С концентрированной серной кислотой силаны не реагируют.

Соединения с его участием применяются для защиты металла.

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

Другие названия: силан, водородистый кремний, гидрид кремния.

Моносилан - неорганическое соединение с химической формулой SiH 4 . Бесцветный, очень реакционноспособный, воспламеняющийся на воздухе газ.

Физические свойства

Химические свойства и методы получения

Способы получения:

• Взаимодействие хлорида кремния(IV) и тетрагидридоалюмината лития .

Химические свойства:

• Начинает разлагаться выше 400 °С .

Хранение

Газ можно хранить в сосудах со смазанными кранами при комнатной температуре без разложения в течение нескольких месяцев. Силан практически нерастворим в вакуумной смазке. Однако следует отметить, что краны, уплотненные силиконовой смазкой, после длительного стояния открываются с трудом. Хранение значительных количеств силана следует осуществлять в специальных стальных баллонах со специальным вентилем; материалом, пригодным для изготовления баллонов, является сплав 40Mn - 4 сталь.

Список использованной литературы

1. Волков, А.И., Жарский, И.М. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. - Мн.: Современная школа, 2005. - 608 с ISBN 985-6751-04-7.
2. Гофман У. , Рюдорф В., Хаас А., Шенк П. В., Губер Ф., Шмайсер М., Баудлер М., Бехер Х.-Й., Дёнгес Э., Шмидбаур Х., Эрлих П., Зайферт Х. И. Руководство по неорганическому синтезу: В 6-ти томах. Т.3. Пер. с. нем./Под ред. Г. Брауэра. - М.: Мир, 1985. - 392 с., ил. [с. 715-717]

3.1. Физические и химические свойства

Тетрафторид кремния был открыт Шееле в 1771 году. Представляет собой бесцветный газ с резким раздражающим запахом . Относительная молекулярная масса – 104.08. Молярный объем – 22.41л/моль. Температура кипения(возгонки) - -95˚C, температура плавления - -90.2˚C. Плотность по воздуху при нормальных условиях – 3.6272, масса 1 литра газа – 4.69г.

Тетрафторид кремния чрезвычайно устойчив к действию температур. При обычных условиях он почти не реагирует с тяжелыми металлами, их оксидами и стеклом, если они совершенно сухие; при повышенных температурах он более реакционноспособен, особенно в отношении щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов. При растворении в воде тетрафторид кремния подвергается гидролитическому разложению:

SiF 4 +2H 2 O→SiO 2 +4HF .

Он дымит во влажном воздухе, так как легко взаимодействует с водой, давая кремнефтористоводородную кислоту:

3SiF 4 +(x+2)H 2 O→2H 2 SiF 6 +SiO 2 *xH 2 O.

С фторидом натрия образует фторсиликат:

SiF 4 +2NaF→Na 2 SiF 6 .

Многие реакции кремнефторида с органическими веществами представляют большой интерес. Он образует аддукты с ацетоном и ароматическими аминами. Взаимодействие с реактивом Гриньяра приводит к образованию триорганофторсиланов, которые более стабильны, чем соответствующие хлорсиланы:

SiF 4 +3RMgX→R 3 SiF+3MgFX .

3.2. Получение и применение тетрафторида кремния

В лаборатории кремнефторид можно получить по реакции:

2CaF 2 +SiO 2 +2H 2 SO 4 (к)→SiF 4 +2CaSO 4 +2H 2 O.

Реакцию проводят при нагревании, и выделяющийся газ обладает высокой степенью чистоты .

Тетрафторид кремния имеет ограниченное применение и не производится в промышленном масштабе. Однако он содержится в отходящих газах производства фосфорных удобрений и рассматривается как наиболее перспективный источник фтора. При обработке этих отходящих газов водой можно уловить содержащийся в них SiF 4 в виде H 2 SiF 6 или Na 2 SiF 6 . Их начинают применять в качестве источника фтора при синтезе криолита и трифторида алюминия .

4. Силан

4.1. Физические и химические свойства силана

Моносилан SiH 4 – бесцветный газ, при разбавлении имеющий слабый характерный запах, напоминающий запах сурьмянистого водорода; в больших концентрациях пахнет очень неприятно. Его относительная молекулярная масса – 32.12; температура кипения - -111.2˚C; температура плавления его -184.6˚C. Масса 1 литра газа при нормальных условиях – 1.4469г. Плотность по воздуху – 1.12. Плотность жидкого силана при температуре кипения – 0.557г/см 3 ; при температуре плавления – 0.675г/см 3 .

На воздухе силан воспламеняется со взрывом. При нагревании до 300 - 400˚C разлагается с большой скоростью .

4.1.1. Термические превращения

Моносилан является наиболее устойчивым из силанов. Водород, образующийся при разложении, тормозит процесс дальнейшего разложения, но реакция не прекращается. Пленка кремния, отлагающегося на поверхности при разложении силана, представляет собой металлическое зеркало серебристого цвета, которое при низких температурах имеет выраженное кристаллическое строение, при более высоких – аморфное.

В присутствии 1% арсина скорость распада силана возрастает.

При 470˚C силан частично превращается в дисилан, очевидно, через образование радикалов SiH 3 . В присутствии этилена при 450 - 500˚C наряду с Si 2 H 6 образуется Si 3 H 8 . SiD 4 разлагается медленнее, чем SiH 4 .

4.1.2. Окисление

Моносилан воспламеняется на воздухе даже при -180˚C. При осторожном окислении моносилана кислородом, сильно разбавленным азотом, при температуре -110˚C получается белый, иногда коричневый, хлопьевидный осадок, состоящий, в основном, из просилоксана (H 2 SiO) x .

При сгорании силана в зависимости от количества кислорода и температуры получаются SiO, Si и другие продукты. Термодинамические расчеты показывают, что количество SiO растет с повышением температуры. Повышение давления способствует уменьшению образования SiO .

4.1.3. Взаимодействие с водой и спиртами

Чистая вода в кварцевых сосудах не разлагает силан, но малейшие следы щелочи ускоряют разложение. Гидролиз протекает весьма быстро и приводит к отщеплению всего водорода, связанного с кремнием:

SiH 4 +2H 2 O→SiO 2 +4H 2 ; SiH 4 +2NaOH+H 2 O→Na 2 SiO 3 +4H 2 .

Гидролиз силана катализируется также и кислотами, но не столь энергично, как щелочами.

Спирты в присутствии ионов щелочных металлов, реагируют с силаном, образуя эфиры ортокремниевой кислоты Si(OR) 4 , наряду с большими или меньшими количествами HSi(OR) 3 и H 2 Si(OR) 2 .

4.1.4. Взаимодействие с галогенами, галогенпроизводными и аммиаком

Галогены реагируют с силаном очень энергично, со взрывом. При низких температурах реакцию можно проводить с регулируемой скоростью.

Хлористый водород при атмосферном давлении в отсутствие катализаторов не реагирует с силаном даже при повышенной температуре. В присутствии же катализаторов, например, хлорида алюминия, реакция гладко протекает уже при комнатной температуре и приводит к образованию хлорзамещенных силанов:

SiH 4 +HCl→SiH 3 Cl+H 2 ; SiH 4 +2HCl→SiH 2 Cl 2 +2H 2 ;

SiH 4 +3HCl→SiHCl 3 +3H 2 ; SiH 4 +4HCl→SiCl 4 +4H 2 .

Бромоводород реагирует с силаном легче, чем хлороводород. Еще легче вступает в реакцию с силаном йодоводород.

С аммиаком моносилан при обычных температурах не взаимодействует, но в присутствии амида идет реакция:

SiH 4 +4NH 3 →1/x x +4H 2 .

4.1.5. Взаимодействие с органическими соединениями

С тетраметоксиборатом натрия идет реакция:

SiH 4 +NaB(OCH 3) 4 →NaBH 4 +Si(OCH 3) 4 .

С диэтилмагнием в эфире силан взаимодействует при одновременном расщеплении эфира:

SiH 4 +Mg(C 2 H 5) 2 +(C 2 H 5) 2 O→HMgOC 2 H 5 .

4.2. Получение и применение силана

4.2.1. Разложение силицидов металлов

Для получения силана по этому методу наиболее пригоден силицид магния: Mg 2 Si+4H 2 O→SiH 4 +2Mg(OH) 2 .

Одновременно с моносиланом получаются высшие силаны. Выход и относительное количество отдельных силанов зависят от условий приготовления силицида магния, в частности, от температуры и времени сплавления компонентов. Максимальный выход (~38%) достигается, если порошкообразный кремний сплавляют с магнием при 650˚C .

4.2.2. Реакции диспропорционирования триалкоксисиланов

В промышленном производстве при взаимодействии хлороводорода с кремнием получают трихлорсилан, который со спиртом дает триэтоксисилан:

SiHCl 3 +3C 2 H 5 OH→SiH(OC 2 H 5) 3 +3HCl.

Диспропорционирование последнего

4SiH(OC 2 H 5) 3 →SiH 4 +3Si(OC 2 H 5) 4

идет в присутствии катализатора – металлического натрия .

4.2.3. Восстановление галогенидов кремния гидридами металлов

Этот способ является удобным, так как реакция идет при обычных температурах и атмосферном давлении. Полученный силан не загрязнен примесью высших силанов.

Восстановление алюмогидридом лития обычно ведут в среде этилового эфира, прибавляя при охлаждении (~0˚) хлорид кремния к эфирной суспензии алюмогидрида:

SiCl 4 +LiAlH 4 →SiH 4 +LiCl+AlCl 3 . Выход ~99%.

Гидрид кальция начинает реагировать фторидом кремния с образованием силана при температуре ~250˚C:

2CaH 2 +SiF 4 →SiH 4 +2CaF 2 . Выход 80 - 90% .

Для увеличения поверхности реакции гидрид кальция перемалывается в порошок. Затем гидрид загружается в реактор. Реактор вакууммируется и продувается водородом. Напускают в реактор фторид кремния до заданного давления. Выходящий силан собирают в ловушки, охлаждаемые жидким азотом. Процесс неограничен во времени. По окончании реакции силан переводят из ловушек в приемный баллон и взвешивают.

4.2.4. Применение

Высокочистый моноизотопный силан используется для получения поликристаллического кремния и покрытия кварцевых тиглей слоем диоксида кремния с целью выращивания из них методом Чохральского монокристаллов моноизотопного кремния .

Силан высокой чистоты является одним из основных стратегических материалов современного индустриально развитого государства .

II. Экспериментальная часть

1. Схема и техническое описание установки

Схема установки приведена на рисунке. Цилиндрические реакторы 1 и 2, изготовленные из нержавеющей стали, смонтированы вертикально и помещены в резистивную электропечь. Реакторы работают попеременно. Коммутация реакторов в проточную систему осуществляется кранами 19 – 22, соединение с вакуумной линией кранами 17,18. Верхние концы обоих реакторов помещены в герметичный бокс из оргстекла, имеющий шлюз и устройство для продувки инертным газом.

При проведении процесса используемый реактор связывается с системой формирования потока газообразного реагента I и системой приема газообразного целевого продукта II. Технологическая температура в реакторе задается и поддерживается системой регулирования температуры III. Конт-роль температуры в реакторе осуществляется системой измерения температуры IV.

Система формирования потока газообразного реагента I состоит из двух идентичных ветвей, работающих параллельно и формирующих потоки тетрафторида кремния и водорода. Каждая ветвь состоит из баллона с веществом 24, 28, стабилизатора давления газа (СДГ) 25, 29, крана – натекателя 26, 30 и регулятора расхода газа (РРГ) 27, 31, соединенных трубками из нержавеющей стали. Давление на выходе СДГ измеряется мановакуумметрами 32, 33. Через краны 2, 4 каждая ветвь независимо соединяется с линией форвакуума. После выхода из РРГ потоки водорода и тетрафторида кремния перемешиваются, образуя газообразный реагент. Последний подается в реактор по линии, вмонтированной в нижний фланец реактора. Давление газовой смеси на выходе из РРГ определяется по мановакуумметру 34.

Смесь газообразного целевого продукта с водородом вытекает из реактора по линии, вмонтированной в верхний фланец и поступает в систему приема газообразного целевого продукта II. Давление на выходе из реактора определяется по мановакуумметру 35. Система приема газообразного целевого продукта II состоит из трех металлических ловушек 36, охлаждаемых жидким азотом и двух приемных баллонов 37. Ловушки служат для выделения из потока водорода газообразного целевого продукта путем конденсации (“вымораживания”) последнего. Как видно из рисунка, система коммуникаций и кранов 11-16 позволяет осуществлять различные способы включения ловушек в поток. Отходящий поток водорода сбрасывается через реометр 38 в вытяжную вентиляцию. После окончания процесса целевой продукт перегружается из ловушек в приемные баллоны, которые в дальнейшем служат для хранения и транспортировки целевого продукта.

Давление в приемной системе при перегрузке контролируется по мановакуумметру 39. Через краны 3 и 5 приемная система соединятся с линией форвакуума.

Нагрев реактора и поддержание технологической температуры осуществляется системой регулирования температуры III. Она состоит из двух регулирующих термопар, помещенных на концах каждого из реакторов, блока регулирования температуры 40 и усилителя 41, выход которого соединен с печью нагрева реактора.

Контроль температуры внутри реактора осуществляется системой измерения температуры IV. Она состоит из шести измерительных термопар,

расположенных вдоль оси реактора в трубке, введенной в реактор коаксиально, преобразователя сигналов 42 и персонального компьютера. Изменение температуры в ходе процесса в точках расположения каждой из шести термопар отображается на мониторе компьютера.

Форвакуумная линия позволяет подключать к ней различные части установки независимым образом. Давление в форвакуумной линии регистрируется мановакуумметром 44, ротаметр 45 позволяет фиксировать даже незначительные потоки остаточных газов.

2. Методика работы на установке

Исходное состояние. Реактор очищен от твердофазных продуктов реакции, в нем находится воздух, разбавленный инертным газом – азотом. Верхний фланец реактора снят. Бокс закрыт и продувается азотом, испаряющимся из сосуда Дьюара. Все краны на установке перекрыты. Линия тетрафторида кремния системы формирования потока I и системы приема газофазного целевого продукта II вакуумированы.

Перед загрузкой твердофазного реагента производят продувку реактора водородом. Для этого открывают кран на баллоне с водородом, на редукторе выставляют давление 1 атм. изб. (контроль по мановакуумметру ”Н 2 “ - 33), открывают краны ”натекатель“-30, 7, 20(19), на РРГ 31 выставляют нужный поток 33-35 делений.

Банки с гидридом кальция помещают через шлюз в бокс. После заполнения реактора водородом (~15 мин.) порошок гидрида кальция засыпается в реактор. В процессе заполнения необходимо слегка постукивать по реактору для достижения более равномерного заполнения реагентом объема реактора. Необходимый уровень заполнения контролируют специальным измерителем.

После окончания загрузки гидрида кальция в реактор снимают крышку бокса, устанавливают и крепят болтами верхний фланец реактора и открывают краны 22(21), 23, 9, 8. После окончания продувки твердофазного реагента краны 9, 8 перекрывают и наполняют реактор водородом до избыточного давления ~0,3 атм. Давление контролируют по мановакуумметру ”SiН 4 +H 2 “ 35.

2.2. Пуск установки

Пуск установки начинается с нагрева реактора. Для этого включают регулятор температуры, увеличивают опорное напряжение - ”задачу“- вручную сначала плавно, потом дискретно до заданного значения. Затем включают откачку системы формирования потока тетрафторида кремния и системы приема газофазного целевого продукта. Для этого открывают краны 4, 3, 6, 16, 14, 12.

Далее напускают водород в ловушки, используя для этого вакуумную линию. С этой целью закрывают краны 4, 1, открывают краны на водородном баллоне 28, на редукторе 29 и 2. Давление водорода контролируют по мановакуумметру ”SiH 4 “ 39. При этом ловушки охлаждают жидким азотом.

В процессе заполнения водородом ловушек понижают давление в реакторе до атмосферного, перепуская излишек водорода в ловушки. Для этого открывают кран 11. Давление в реакторе контролируют по мановакуумметру ”SiH 4 + H 2 “ 35. При достижении атмосферного давления в реакторе кран 11 закрывают.

По достижении давления водорода в ловушках, равного атмосферному, краны 6, 2 закрывают, открывают краны 30, 20(19), 11, 8 и выпускаем поток водорода через реактор в вытяжную вентиляцию.

При достижении начальных температур на первой и второй термопарах снизу реактора (~100-105 о С и ~115-120 о С соответственно) формируют поток тетрафторида кремния. Для этого приоткрываем кран баллона с тетрафторидом кремния, давление на выходе СДГ растет до 1 атм., контроль по мановакуумметру ”SiF 4 “ 32. Далее, открывают ”натекатель SiF 4 “ 26 и кран баллона с тетрафторидом кремния полностью. Манометр высокого давления на СДГ показывает давление тетрафторида кремния в баллоне. Кран на СДГ

постепенно устанавливают в положение, соответствующее избыточному давлению на выходе ~0,9 атм. по мановакуумметру ”SiF 4 “ 32, что соответствует показанию величины потока на РРГ ~23-25%. При этом поток водорода уменьшается до ~26-28%. Приведенные параметры определяют технологический режим работы установки.

2.3.Протекание процесса синтеза силана

В штатном режиме процесс протекает стационарно. Контроль над ходом процесса и регистрацию возможных отклонений осуществляют по следующим приборам.

1. Мановакуумметр ”Н 2 “ 33 – давление газа-носителя на входе в РРГ. Режим ~1 атм.

2. Мановакуумметр ”SiF 4 “ 32 – давление тетрафторида кремния на выходе из СДГ. Режим – 0,9 атм. изб.

3. Манометр высокого давления на СДГ – грубый контроль расхода тетрафторида кремния.

4. Мановакууметр ”SiF 4 +H 2 “ 34 – давление на входе в реактор. Режим – 0,1-0,2 атм. изб.

5. Мановакуумметр ”SiH 4 +H 2 “- давление на входе в ловушки. Режим атмосферного давления.

6. Реометр на выходе – небольшое избыточное давление.

Показатель потока на РРГ – доля потока от максимального при условиях опыта. Режим – Н 2: 27-29%; SiF 4: 23-25%.

При протекании процесса возможно перекрытие конденсатом газообразных реагентов проходного сечения первой по ходу потока ловушки. Это регистрируется повышением давления на входе в ловушки, определяемым мановакуумметром ”SiH 4 +H“ 2 35 и уменьшением потока, определяемым по реометру 38. Для восстановления штатного режима протекания процесса открывают кран 13, направляя поток газообразных продуктов реакции во вторую ловушку. При этом краны 11 и 12 оставляют открытыми, чтобы в первой ловушке продолжался процесс конденсации. Аналогичные действия предпринимают при перекрытии второй ловушки, открывая кран 15.

2.4. Окончание процесса синтеза силана

Для окончания процесса перекрывают поток тетрафторида кремния краном на баллоне 24, кран СДГ открывают полностью. Затем увеличивают поток водорода до 40%, продувку осуществляют примерно 20 мин.

Далее проводят откачку реакторов через ловушки. Для этого закрывают краны 8, 30 и открывают кран 3 и медленно кран 6. Скорость откачки контролируют по реометру – шарик не должен подниматься выше 70 делений. Глубину откачки и ее окончание определяют по мановакуумметрам ”SiH 4 +H 2 “35 и ”SiF 4 “32. После завершения откачки выключают нагрев реактора, закрывают кран на СДГ 25, ”натекатель SiF 4 “26 и краны 21(22). Реактор наполняют водородом до небольшого избыточного давления (0,1-0,15 атм. изб.). После этого закрывают краны 20(19), ”натекатель Н 2 “ 30, кран на баллоне с водородом. Ловушки откачивают еще некоторое время (~5мин) затем закрывают краны 11, 12, 14, 16, 5, 23.

2.5. Перегрузка газообразного целевого продукта из ловушек в приемный баллон

Приемные баллоны 37 предварительно охлаждаются жидким азотом. Ловушки 36 разгружают поочередно, начиная с третьей – ближайшей к приемным баллонам 37. Разгрузку каждой ловушки проводят через выходную линию, если сечение ловушки перекрыто конденсатом, то выгрузка производится одновременно через входную и выходную линии. Методика выгрузки газообразного продукта заключается в следующем.

Открывают кран на приемном баллоне 37. Отогрев ловушки производят струей теплого воздуха. Разогрев начинают с верхней части ловушки, затем зону разогрева медленно перемещают вниз. Скорость перегрузки контролируют по давлению на мановакуумметре ”SiH 4 “ 39. Если разгрузку ведут и по входной линии, то давление контролируется также и по мановакуумметру ”SiH 4 +H 2 “ 35. После окончания выгрузки данной ловушки приступают к выгрузке предыдущей по линии, повторяя аналогичным образом все методические действия, описанные выше. По окончании перегрузки газообразного целевого продукта перекрывают кран на приемном баллоне 37, ловушки откачивают до форвакуума через кран 3. После окончания откачки ловушек перекрываются краны 3, 6, 16.

2.6. Выгрузка твердофазного продукта реакции из реактора

Для выгрузки твердофазного продукта реакции из реактора стравливают избыточное давление водорода, открывают бокс на верхнем конце реактора, снимают верхний фланец. Затем у нижнего фланца отвертывают три болта, в одно из крепежных отверстий вставляют шпильку, на оба конца которой навертывают гайки. Далее, под нижний конец реактора подставляют приемный сосуд (стеклянную банку 3л) так, чтобы фланец входил в горлышко сосуда. Отвертывают четвертый болт, и фланец аккуратно сдвигается вниз. Удаление порошка твердофазного продукта интенсифицируется постукиванием металлическим предметом о реактор. Остатки порошка твердофазного продукта удаляются ершиком. По окончании выгрузки нижний фланец устанавливается на место, бокс закрывается и ставится на продувку газообразным азотом, испаряющимся из сосуда Дьюара.

III. Обсуждение результатов

Полученные результаты отображаются на мониторе персонального компьютера и представляют собой систему графиков с ярко выраженными максимумами. Каждая кривая соответствует определенной измерительной термопаре, максимум кривой говорит о прохождении фронтом реакции спая данной термопары.

Как видно из рисунка, в результате экзотермического эффекта реакции температура в зоне реакции повышается до ~280˚C. Дальнейшая задача – снижение температуры максимума, поскольку повышение температуры может привести к разложению получаемого силана и уменьшению его выхода.

Процесс синтеза прерывается при прохождении фронтом реакции зоны шестой термопары, поскольку продолжение процесса синтеза может привести к проскоку через реактор непрореагировавшего тетрафторида кремния.

IV. Список использованных источников

Мышляева, Л.В., Краснощеков, В.В. Аналитическая химия кремния. – М.: Наука, 1972. – 210с.

Безруков, В.В., Гурьянов, М.А., Ковалев, И.Д., Овчинников, Д.К. Определение газообразующих примесей в высокочистом кремнии на тандемном лазерном масс-рефлектроне // Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение: Тез. докл. XII конф., Нижний Новгород, 31мая – 3июня 2004г./ Под ред. ак. Г.Г. Девятых, чл.-корр. М.Ф. Чурбанова. – Нижний Новгород: Издатель Ю.А. Николаев, 2004. – 368с.

Жигач, А.Ф., Стасиневич, Д.С. Химия гидридов. – Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1969. – 676с., с черт.

Исикава, Н., Кобаяси, Е. Фтор. Химия и применение / Пер. с яп. М.В. Поспелова / Под ред. А.В. Фокина. – М.: Мир, 1982. – 280с.

Рапопорт, Ф.М., Ильинская, А.А. Лабораторные методы получения чистых газов. – М.: Госхимиздат, 1963. – 420с.

Буланов, А.Д., Трошин, О.Ю., Балабанов, В.В., Моисеев, А.Н. Синтез и глубокая очистка моноизотопного силана // Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение: Тез. докл. XII конф., Нижний Новгород, 31мая – 3июня 2004г./ Под ред. ак. Г.Г. Девятых, чл.-корр. М.Ф. Чурбанова. – Нижний Новгород: Издатель Ю.А. Николаев, 2004. – 368с.

Синтез наноразмерных структур металлов электроразрядным методомРеферат >> Физика

В жидкости, применяемый для синтеза наноструктур сравнительно недавно, характеризуется... возможности данного метода для синтеза наноразмерных порошков металлов, ... Экспериментальная установка схематически показана на рис. 1. Для инициирования электрического...

1. Синтез и анализ ХТС в производстве бензина

   Курсовая работа >> Химия

   Была построена первая кубовая установка для перегонки нефти, на которой... наибольшую ценность как сырье для синтезов . Различные процессы деструктивной переработки... углеводороды С1-С4, являющихся сырьем для органического синтеза . К катализаторам, используемым в...

2. Синтез алгоритмов согласованного управления пространственным движением беспилотным летательным аппаратом

   Дипломная работа >> Информатика

   Математической модели летательного аппарата, используемой для синтеза законов управления и выбора алгоритмов формирования... систем, учитываемых при управлении (двигательные установки , приводы и т.д.), могут являться серьезным препятствием...

3. Синтез и анализ ХТС в производстве азотной кислоты

   Курсовая работа >> Химия

   Применяется в производстве соединений ароматического ряда для синтеза красителей; в производстве взрывчатых веществ (нитроглицерина... с большим расходом пара. Рис.2. Схема установки для концентрирования азотной кислоты при помошинитратамагния...

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. При других условиях, особенно в присутствии высших силанов, наблюдается самовоспламенение или взрыв.

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.

Галогены реагируют с силаном очень энергично, со взрывом. При низких температурах реакцию можно проводить с регулируемой скоростью. 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.

С предельными углеводородами силан не взаимодействует до 600 С. Олефины, к примеру этилен, присоединяются к силану при 460-510 С и атмосферном давлении. Основными продуктами реакции являются моно- и диалкилсиланы. При 100 С реакция идет только под давлением. 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 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. Дисилан Si2H6 разлагается при нагревании выше 3000 на силан и твердый полимер; гексасилан Si6H14, являющийся наивысшим известным членом гомологического ряда, медленно разлагается уже при нормальной температуре. Все силаны обладают характерным запахом и сильно ядовиты.

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

Химические свойства силана - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Химические свойства силана" 2017, 2018.