Toplinske transformacije Monosilan je najstabilniji od silana. Zamjetno se počinje raspadati na silicij i vodik na temperaturi od -380 C. Iznad 500 C razgradnja se odvija vrlo velikom brzinom. Vodik proizveden reakcijom inhibira razgradnju; ali reakcija ne prestaje. SiH4 = SiH2 + H2 SiH2 = Si + H2 Na temperaturama od 300 C i više, silan djelomično prelazi u disilane I trisilan .. Monosilan se zapali na zraku čak i pri -180 C. Čisti silan može se miješati u određenom omjeru sa zrakom ili kisikom pri temperaturi od 523 K i atmosferskom tlaku bez eksplozije, ako su te smjese izvan gornje i donje granice zapaljivosti. Pod drugim uvjetima, posebno u prisutnosti viših silana, dolazi do spontanog izgaranja ili eksplozije.

Izgaranjem monosilana, ovisno o količini kisika i temperaturi, nastaju SiO, Si02 i derivati ​​silicijeve kiseline. Interakcija s vodom Prvi put je u radovima proučavana interakcija silana s vodom i vodenim otopinama kiselina i lužina Čista voda u kvarcnim posudama ne razgrađuje silan, već najmanji tragovi lužine (lužine ekstrahirane iz stakla. voda je dovoljna) ubrzava razgradnju. Hidroliza odvija se vrlo brzo i dovodi do eliminacije svih vodika povezanih sa silicijem: SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2 SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2. Hidrolizu silana također kataliziraju kiseline, ali ne tako snažno kao lužine. Tragovi vlage u kombinaciji s dovoljno aktivnim površinama (na primjer, cilindri za skladištenje silana) gotovo u potpunosti reagiraju s viškom monosilana i stvaraju siloksane i vodik prema jednadžbi: 2SiH4+H20 = (H3Si)20+2H2 Interakcija s halogenima, halogenim derivatima i nekim drugim tvarima.

Halogeni reagiraju sa silanom vrlo snažno, eksplozivno. Na niskim temperaturama reakcija se može izvesti kontroliranom brzinom. Klorovodik pri atmosferskom tlaku u odsutnosti katalizatora ne reagira sa silanom čak ni pri povišenim temperaturama. U prisutnosti katalizatora, kao što je aluminijev klorid, reakcija se odvija glatko čak i na sobnoj temperaturi i dovodi do stvaranja silana supstituiranih klorom. SiH4 + HCl = SiH3Cl + H2

SiH4 + 2HC1 = SiH2Cl2 + H2, itd. Silan reagira s fosfinom na temperaturama iznad 400 C pri čemu nastaje SiH3PH2 i male količine SiH2(PH2)2, PH(SiH3)2 i Si2P; slični derivati ​​dobiveni su s arzinom. Interakcija s organskim spojevima.

Silan ne stupa u interakciju sa zasićenim ugljikovodicima do 600 C. Olefini, na primjer etilen, dodaju se silanu na 460-510 C i atmosferskom tlaku. Glavni produkti reakcije su mono- i dialkilsilani. Na 100 C reakcija se odvija samo pod pritiskom. U normalnim uvjetima, interakcija se opaža nakon zračenja ultraljubičastim svjetlom. Kao rezultat toplinske reakcije acetilena sa silanom nastaje nešto vinilsilana, ali glavni produkt reakcije je etinildivinilsilan. Fotokemijska reakcija proizvodi uglavnom vinil silan.

Trenutno su deseci metoda za proizvodnju monosilana opisani u literaturi. Nisu svi doživjeli industrijski razvoj. O industrijskim metodama za proizvodnju silana spadaju: 1. Razgradnja metalnih silicida. 2. Redukcija silicijevih halogenida metalnim hidridima. 3. Katalitičko disproporcioniranje trialkoksisilana. 4. Katalitičko disproporcioniranje triklorosilana. Razgradnja metalnih silicida Za dobivanje silana reakcijom razgradnje metalnih silicida najprikladniji polazni materijal je magnezijev silicid. Jednadžba reakcije za ovu metodu proizvodnje silana je sljedeća: Mg2Si + 4H20 = SiH4 + 2Mg(OH)2 Ukupni prinos silana za silicij sadržan u silicidu je 25-30%. Od toga, prema 37% - Sibi; 30% - Si2H6; 15% - Si3H8 i 10% - Siio; ostatak su tekući silani Si5Hi2 i Si6H14, kao i kruti silani (SiHi, . Kada magnezijev silicid reagira s amonijevim bromidom u tekućem amonijaku, prinos silana se povećava na 70-80% (SiH4 - 97,2% i Si2H6 - 2,8%) : Mg2Si + 4NH4Br = 2MgBr2 + 4NH3, naznačeno je prisustvo više od 20 nečistoća, uključujući homologe silana, amonijak, benzen, toluen, klorovodik. budući da se reakcija odvija na uobičajenim temperaturama i atmosferskom tlaku i s gotovo kvantitativnim prinosom, dobiveni silan nije kontaminiran višim silanima.

Silicijevi hidridi, takozvani silani, tvore homologni niz, sličan nizu zasićenih alifatskih ugljikovodika, ali karakteriziran nestabilnošću polisilanskih lanaca -Si-Si-. Silan SiH4 je najstabilniji prvi predstavnik cijele homologne serije; Tek pri crvenoj toplini razlaže se na silicij i vodik. Disilan Si2H6 se zagrijavanjem iznad 3000 razgrađuje u silan i čvrsti polimer; heksasilan Si6H14, koji je najviši poznati član homolognog niza, polako se raspada čak i pri normalnim temperaturama. Svi silani imaju karakterističan miris i vrlo su otrovni.

Glavna shema za njihovu pripremu je interakcija Mg2Si s klorovodičnom kiselinom. Frakcioniranjem dobivene smjese mogu se dobiti odgovarajući vodikovi silicijevi dioksidi. Postoje i druge metode za proizvodnju silana. Na primjer, redukcija halosilana s litij hidridom ili litij aluminij hidridom, kao i redukcija halosilana s vodikom u prisutnosti AICl3

SiH3CI + H2->SiH4 + HCI. Za razliku od vrlo inertnih ugljikovodika, silani su izrazito reaktivni spojevi. Važno svojstvo koje razlikuje silane od ugljikovodika je lakoća hidrolize Si-H veze u prisutnosti alkalnih katalizatora. Hidroliza se odvija vrlo brzo, a taj se proces može prikazati na sljedeći način:

SiH4 + 2H2O→SiO2 + 4H2

SiH4 + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 4H2.

Tijekom katalitičkog djelovanja alkalija na više silane, Si-Si veza puca

N3Si-SiN3 + 6H2O→3SiO2 + 10H2.

Oni reagiraju sa slobodnim halogenima na sličan način kao ugljikovodici, uzastopno izmjenjujući jedan atom vodika za drugim za halogen. S halogenovodikom u prisutnosti katalizatora (AICl3) dolazi do slične, ali ne analogne u kemiji ugljikovodika, reakcije, izmjene vodika za halogen

SiN4 + HCI→H2 + SiN3SI.

Triklorosilan SiH3CI može se dobiti izravnom sintezom iz Si ​​i HCl na povišenim temperaturama.

Silani ne reagiraju s koncentriranom sumpornom kiselinom.

Spojevi koji ga sadrže koriste se za zaštitu metala.

Monosilan- binarni anorganski spoj silicija i vodika formule SiH4, bezbojan plin neugodnog mirisa, spontano se zapali na zraku, reagira s vodom, otrovan

Ostali nazivi: silan, silicij vodik, silicij hidrid.

Monosilan je anorganski spoj kemijske formule SiH4. Bezbojan, vrlo reaktivan plin koji je zapaljiv na zraku.

Fizička svojstva

Kemijska svojstva i metode dobivanja

Metode dobivanja:

• Reakcija između silicijeva(IV) klorida i litijeva tetrahidridaluminata.

Kemijska svojstva:

• Počinje se raspadati iznad 400°C.

Skladištenje

Plin se može čuvati u spremnicima s podmazanim slavinama na sobnoj temperaturi bez raspadanja nekoliko mjeseci. Silan je praktički netopljiv u vakuumskom mazivu. Međutim, treba napomenuti da se slavine zabrtvljene silikonskom mašću teško otvaraju nakon dužeg stajanja. Značajne količine silana treba pohraniti u posebne čelične cilindre s posebnim ventilom; Materijal prikladan za izradu cilindara je legura 40Mn - čelik 4.

Popis korištene literature

1. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Velika kemijska referentna knjiga / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn.: Moderna škola, 2005. - 608 s ISBN 985-6751-04-7.
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. Guide to anorganic synthesis : U 6 svezaka. T.3. Po. S. njemački/prir. G. Brouwer. - M.: Mir, 1985. - 392 str., ilustr. [S. 715-717]

3.1. Fizikalna i kemijska svojstva

Silicijev tetrafluorid otkrio je Scheele 1771. To je bezbojni plin oštrog iritirajućeg mirisa. Relativna molekularna težina – 104,08. Molarni volumen – 22,41 l/mol. Vrelište (sublimacija) - -95˚C, talište - -90,2˚C. Gustoća u zraku pri normalnim uvjetima je 3,6272, masa 1 litre plina je 4,69g.

Silicij tetrafluorid je izuzetno otporan na temperaturu. U normalnim uvjetima teško reagira s teškim metalima, njihovim oksidima i staklom ako su potpuno suhi; na povišenim temperaturama je reaktivniji, osobito prema alkalijskim, zemnoalkalijskim i rijetkim zemnim metalima. Kada se otopi u vodi, silicijev tetrafluorid podliježe hidrolitičkoj razgradnji:

SiF4 +2H2O→SiO2 +4HF.

Dimi na vlažnom zraku jer lako reagira s vodom dajući fluorosilicijevu kiselinu:

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

S natrijevim fluoridom stvara fluorosilikat:

SiF 4 +2NaF→Na 2 SiF 6.

Mnoge reakcije silikofluorida s organskim tvarima su od velikog interesa. S acetonom i aromatskim aminima stvara adukte. Reakcija s Grignardovim reagensom dovodi do stvaranja triorganofluorosilana, koji su stabilniji od odgovarajućih klorosilana:

SiF 4 +3RMgX→R 3 SiF+3MgFX.

3.2. Dobivanje i uporaba silicijeva tetrafluorida

U laboratoriju se silikofluorid može dobiti reakcijom:

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

Reakcija se provodi zagrijavanjem, a dobiveni plin je visoke čistoće.

Silicijev tetrafluorid ima ograničenu upotrebu i ne proizvodi se u industrijskim razmjerima. Međutim, nalazi se u otpadnim plinovima iz proizvodnje fosfatnih gnojiva i smatra se izvorom fluora koji najviše obećava. Obradom ovih otpadnih plinova vodom, SiF 4 sadržan u njima može se uhvatiti u obliku H 2 SiF 6 ili Na 2 SiF 6 . Počinju se koristiti kao izvor fluora u sintezi kriolita i aluminijevog trifluorida.

4. Silan

4.1. Fizikalna i kemijska svojstva silana

Monosilan SiH 4 je bezbojni plin koji razrijeđen ima slab karakterističan miris koji podsjeća na miris antimonskog vodika; u velikim koncentracijama vrlo neugodno miriše. Njegova relativna molekularna težina je 32,12; vrelište - -111,2˚C; talište mu je -184,6˚C. Masa 1 litre plina u normalnim uvjetima je 1,4469g. Gustoća zraka – 1,12. Gustoća tekućeg silana na vrelištu je 0,557 g/cm 3 ; na talištu – 0,675 g/cm 3 .

Na zraku se silan eksplozivno zapali. Kada se zagrije na 300 - 400˚C, razgrađuje se velikom brzinom.

4.1.1. Toplinske transformacije

Monosilan je najstabilniji od silana. Vodik koji nastaje tijekom razgradnje inhibira proces daljnje razgradnje, ali reakcija ne prestaje. Film silicija taložen na površini tijekom razgradnje silana je metalno zrcalo srebrne boje, koje na niskim temperaturama ima izraženu kristalnu strukturu, a na višim je amorfno.

U prisutnosti 1% arsina, brzina razgradnje silana se povećava.

Na 470˚C, silan djelomično prelazi u disilan, očito stvaranjem SiH 3 radikala. U prisutnosti etilena na 450 - 500˚C uz Si 2 H 6 nastaje i Si 3 H 8 . SiD 4 se sporije raspada od SiH 4 .

4.1.2. Oksidacija

Monosilan se zapali na zraku čak i na -180˚C. Kada se monosilan pažljivo oksidira s kisikom, jako razrijeđen s dušikom, na temperaturi od -110˚C, dobiva se bijeli, ponekad smeđi, pahuljasti talog koji se uglavnom sastoji od prosiloksana (H 2 SiO) x.

Spaljivanjem silana, ovisno o količini kisika i temperaturi, nastaju SiO, Si i drugi produkti. Termodinamički proračuni pokazuju da se količina SiO povećava s porastom temperature. Povećanje tlaka pomaže smanjiti stvaranje SiO.

4.1.3. Interakcija s vodom i alkoholima

Čista voda u kvarcnim posudama ne razgrađuje silan, ali i najmanji tragovi lužine ubrzavaju razgradnju. Hidroliza se odvija vrlo brzo i dovodi do eliminacije cijelog vodika povezanog sa silicijem:

SiH4 +2H20→SiO2 +4H2; SiH 4 +2NaOH+H 2 O→Na 2 SiO 3 +4H 2.

Hidrolizu silana također kataliziraju kiseline, ali ne tako snažno kao lužine.

Alkoholi, u prisutnosti iona alkalijskih metala, reagiraju sa silanom i stvaraju estere ortosilicijeve kiseline Si(OR) 4, zajedno s većim ili manjim količinama HSi(OR) 3 i H 2 Si(OR) 2 .

4.1.4. Interakcija s halogenima, halogenim derivatima i amonijakom

Halogeni reagiraju sa silanom vrlo snažno, eksplozivno. Na niskim temperaturama reakcija se može izvesti kontroliranom brzinom.

Klorovodik pri atmosferskom tlaku u odsutnosti katalizatora ne reagira sa silanom čak ni pri povišenim temperaturama. U prisutnosti katalizatora, na primjer, aluminij klorida, reakcija se odvija glatko čak i na sobnoj temperaturi i dovodi do stvaranja silana supstituiranih klorom:

SiH4 +HCl→SiH3Cl+H2; SiH4 +2HCl→SiH2Cl2 +2H2;

SiH4 +3HCl→SiHCl3 +3H2; SiH 4 +4HCl→SiCl 4 +4H 2.

Bromovodik lakše reagira sa silanom nego klorovodik. Jodovodik još lakše reagira sa silanom.

Monosilan ne reagira s amonijakom na uobičajenim temperaturama, ali u prisutnosti amida dolazi do reakcije:

SiH 4 +4NH 3 →1/x x +4H 2.

4.1.5. Interakcija s organskim spojevima

S natrijevim tetrametoksiboratom dolazi do sljedeće reakcije:

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

Silan stupa u interakciju s dietilmagnezijem u eteru dok cijepa eter:

SiH4 +Mg(C2H5)2+(C2H5)2O→HMgOC2H5.

4.2. Priprema i upotreba silana

4.2.1. Razgradnja metalnih silicida

Za dobivanje silana ovom metodom najprikladniji je magnezijev silicid: Mg 2 Si+4H 2 O→SiH 4 +2Mg(OH) 2.

Istovremeno s monosilanom dobivaju se viši silani. Prinos i relativna količina pojedinačnih silana ovise o uvjetima pripreme magnezijevog silicida, posebice o temperaturi i vremenu taljenja komponenata. Maksimalni prinos (~38%) postiže se ako se silicij u prahu stopi s magnezijem na 650˚C.

4.2.2. Reakcije disproporcioniranja trialkoksisilana

U industrijskoj proizvodnji, reakcijom klorovodika sa silicijem nastaje triklorosilan, koji s alkoholom daje trietoksisilan:

SiHCl3 +3C2H5OH→SiH(OC2H5)3+3HCl.

Nesrazmjer potonjeg

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

nastaje u prisutnosti katalizatora – metalnog natrija.

4.2.3. Redukcija silicijevih halogenida metalnim hidridima

Ova metoda je prikladna jer se reakcija odvija pri normalnim temperaturama i atmosferskom tlaku. Dobiveni silan nije kontaminiran višim silanima.

Redukcija s litij aluminij hidridom obično se provodi u etil eteru dodavanjem silicij klorida u etersku suspenziju aluminij hidrida nakon hlađenja (~0˚):

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

Kalcijev hidrid počinje reagirati sa silicijevim fluoridom u silan na temperaturi od ~250˚C:

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

Da bi se povećala reakcijska površina, kalcijev hidrid se melje u prah. Hidrid se zatim puni u reaktor. Reaktor se isprazni i pročisti vodikom. Silicijev fluorid se uvodi u reaktor do zadanog tlaka. Otpadni silan skuplja se u zamke hlađene tekućim dušikom. Proces je vremenski neograničen. Na kraju reakcije, silan se prenosi iz zamki u prihvatni cilindar i važe.

4.2.4. Primjena

Monoizotopni silan visoke čistoće koristi se za proizvodnju polikristalnog silicija i oblaganje kvarcnih lonaca slojem silicijevog dioksida kako bi se iz njih proizveli monoizotopni monokristali silicija metodom Czochralski.

Silan visoke čistoće jedan je od glavnih strateških materijala moderne industrijalizirane države.

II. Eksperimentalni dio

1. Shema i tehnički opis instalacije

Dijagram instalacije prikazan je na slici. Cilindrični reaktori 1 i 2, izrađeni od nehrđajućeg čelika, postavljeni su okomito i smješteni u otpornu električnu peć. Reaktori rade naizmjenično. Prebacivanje reaktora u protočni sustav vrši se pomoću ventila 19 – 22, veza s vakuumskim vodom pomoću ventila 17,18. Gornji krajevi oba reaktora smješteni su u zapečaćenu kutiju od pleksiglasa s prolazom i uređajem za pročišćavanje inertnim plinom.

Tijekom procesa, korišteni reaktor je povezan sa sustavom za formiranje protoka plinovitog reagensa I i sustavom za primanje plinovitog ciljnog produkta II. Procesna temperatura u reaktoru se postavlja i održava pomoću sustava za kontrolu temperature III. Kontrola temperature u reaktoru provodi se sustavom za mjerenje temperature IV.

Sustav za stvaranje toka plinovitog reagensa I sastoji se od dvije identične grane koje rade paralelno i tvore tokove silicijeva tetrafluorida i vodika. Svaka grana se sastoji od cilindra sa supstancom 24, 28, stabilizatora tlaka plina (GPS) 25, 29, ventila za curenje 26, 30 i regulatora protoka plina (RGR) 27, 31, povezanih cijevima od nehrđajućeg čelika. Tlak na izlazu iz LDH mjeri se mjeračima tlaka i vakuuma 32, 33. Preko ventila 2, 4 svaka je grana neovisno spojena na vod za vakuum. Nakon izlaska iz RRG-a, struje vodika i silicijevog tetrafluorida se miješaju, tvoreći plinoviti reagens. Potonji se dovodi u reaktor kroz cjevovod ugrađen u donju prirubnicu reaktora. Tlak plinske smjese na izlazu iz RRG-a određuje se pomoću mjerača tlaka i vakuuma 34.

Mješavina plinovitog ciljnog produkta s vodikom istječe iz reaktora kroz cjevovod montiran u gornjoj prirubnici i ulazi u sustav za primanje plinovitog ciljnog produkta II. Tlak na izlazu iz reaktora određen je manometrom tlaka i vakuuma 35. Sustav za primanje plinovitog ciljnog produkta II sastoji se od tri metalne zamke 36, hlađene tekućim dušikom i dva prihvatna cilindra 37. Zamke se koriste za odvajanje plinovite mete. proizvod iz toka vodika kondenzacijom ("smrzavanje") potonjeg . Kao što se može vidjeti sa slike, sustav komunikacija i slavina 11-16 omogućuje različite načine uključivanja zamki u protok. Ispušni tok vodika ispušta se kroz reometar 38 u ispušnu ventilaciju. Nakon završenog procesa ciljni proizvod se iz hvataljki prebacuje u prihvatne cilindre koji kasnije služe za skladištenje i transport ciljnog proizvoda.

Tlak u prihvatnom sustavu tijekom preopterećenja kontrolira se manometrom tlak-vakum 39. Preko ventila 3 i 5 prihvatni sustav je spojen na predvakum vod.

Reaktor se zagrijava, a temperaturu procesa održava sustavom za kontrolu temperature III. Sastoji se od dva kontrolna termoelementa smještena na krajevima svakog od reaktora, jedinice za kontrolu temperature 40 i pojačala 41, čiji je izlaz spojen na peć za grijanje reaktora.

Kontrola temperature unutar reaktora provodi se sustavom za mjerenje temperature IV. Sastoji se od šest mjernih termoparova,

smješten duž osi reaktora u cijevi koja je koaksijalno umetnuta u reaktor, pretvarač signala 42 i osobno računalo. Promjena temperature tijekom procesa na mjestima svakog od šest termoparova prikazuje se na monitoru računala.

Prednja linija omogućuje da se na nju neovisno povežu različiti dijelovi instalacije. Tlak u predvakuumskom vodu bilježi se tlakomjerom i vakuumometrom 44, rotametrom 45 moguće je bilježiti i neznatne protoke zaostalih plinova.

2. Metodika rada na instalaciji

Početno stanje. Reaktor je očišćen od proizvoda čvrste faze; sadrži zrak razrijeđen inertnim plinom - dušikom. Gornja prirubnica reaktora je uklonjena. Kutija se zatvori i pročisti dušikom koji isparava iz Dewarove tikvice. Sve slavine na instalaciji su zatvorene. Linija silicijevog tetrafluorida sustava za formiranje protoka I i sustava za primanje ciljanog produkta u plinovitoj fazi II se evakuiraju.

Prije punjenja reagensa krute faze, reaktor se pročišćava vodikom. Da biste to učinili, otvorite slavinu na cilindru vodika i postavite tlak na reduktoru na 1 atm. koliba (kontrola pomoću mjerača tlaka i vakuuma “N 2” - 33), otvorite ventile “propuštanje” -30, 7, 20 (19), postavite potrebni protok na 33-35 podjela na RRG 31.

Limenke s kalcijevim hidridom stavljaju se kroz bravu u kutiju. Nakon punjenja reaktora vodikom (~15 minuta), u reaktor se usipa prah kalcijevog hidrida. Tijekom procesa punjenja potrebno je lagano lupkati po reaktoru kako bi se postiglo ravnomjernije punjenje volumena reaktora reagensom. Potrebna razina napunjenosti kontrolira se posebnim mjeračem.

Nakon završetka punjenja kalcijevog hidrida u reaktor, uklonite poklopac kutije, ugradite i pričvrstite gornju prirubnicu reaktora i otvorite ventile 22(21), 23, 9, 8. Nakon završetka pročišćavanja reagensa krute faze, ventili 9, 8 se zatvaraju i reaktor se puni vodikom do prekomjernog tlaka ~ 0,3 atm. Tlak se kontrolira pomoću mjerača tlaka i vakuuma “SiH 4 +H 2” 35.

2.2. Pokretanje instalacije

Pokretanje instalacije počinje zagrijavanjem reaktora. Da biste to učinili, uključite regulator temperature, povećajte referentni napon - "zadatak" - ručno, prvo glatko, a zatim diskretno na navedenu vrijednost. Zatim se uključuje pumpanje sustava za formiranje toka silicijevog tetrafluorida i sustava za primanje ciljnog proizvoda u plinovitoj fazi. Da biste to učinili, otvorite slavine 4, 3, 6, 16, 14, 12.

Zatim se vodik ispušta u zamke pomoću vakuumskog voda. U tu svrhu zatvoriti ventile 4, 1, otvoriti ventile na vodikovom cilindru 28, na reduktoru 29 i 2. Tlak vodika prati se pomoću mjerača tlaka i vakuuma “SiH 4” 39. U ovom slučaju zamke se hlade. tekućim dušikom.

U procesu punjenja zamki vodikom, tlak u reaktoru se smanjuje na atmosferski tlak, propuštajući višak vodika u zamke. Da biste to učinili, otvorite ventil 11. Tlak u reaktoru se kontrolira pomoću mjerača tlaka i vakuuma “SiH 4 + H 2” 35. Kada se postigne atmosferski tlak u reaktoru, ventil 11 se zatvara.

Kada tlak vodika u zamkama dosegne atmosferski tlak, ventili 6, 2 se zatvaraju, ventili 30, 20(19), 11, 8 se otvaraju i protok vodika se ispušta kroz reaktor u ispušnu ventilaciju.

Kada se postignu početne temperature na prvom i drugom termoparu s dna reaktora (~100-105 o C odnosno ~115-120 o C), formira se protok silicijevog tetrafluorida. Da biste to učinili, malo otvorite ventil cilindra sa silicijevim tetrafluoridom, tlak na izlazu iz LDH se povećava na 1 atm., kontrolirajte pomoću mjerača tlaka i vakuuma "SiF 4" 32. Zatim otvorite "Propustnik SiF 4 ” 26 i ventil cilindra sa silicijevim tetrafluoridom u potpunosti. Manometar visokog tlaka na LDH pokazuje tlak silicijevog tetrafluorida u cilindru. Dizalica za SDH

postupno postaviti u položaj koji odgovara višku tlaka na izlazu od ~0,9 atm. prema mjeraču tlaka i vakuuma “SiF 4” 32, što odgovara očitanju brzine protoka na RRG ~23-25%. U ovom slučaju, protok vodika se smanjuje na ~26-28%. Zadani parametri određuju tehnološki način rada postrojenja.

2.3 Napredak procesa sinteze silana

U normalnom načinu rada proces se odvija stacionarno. Praćenje odvijanja procesa i evidentiranje mogućih odstupanja provodi se pomoću sljedećih instrumenata.

1. Mjerač tlaka i vakuuma “N 2” 33 – tlak plina nosača na ulazu u RRG. Način ~1 atm.

2. Tlakomjer i vakuum “SiF 4” 32 – tlak silicijevog tetrafluorida na izlazu iz LDH. Način rada – 0,9 atm. koliba

3. Manometar visokog tlaka na SDH - gruba kontrola protoka silicijevog tetrafluorida.

4. Tlakomjer i vakuum “SiF 4 +H 2” 34 – tlak na ulazu u reaktor. Način rada – 0,1-0,2 atm. koliba

5. Mjerač tlaka i vakuuma “SiH 4 +H 2” - tlak na ulazu u sifone. Način rada atmosferskog tlaka.

6. Izlazni reometar – blagi nadtlak.

Indikator protoka na RRG-u je udio protoka od maksimuma u eksperimentalnim uvjetima. Način – H 2: 27-29%; SiF 4: 23-25%.

Tijekom procesa, moguće je da kondenzat plinovitih reagensa može blokirati područje protoka prve zamke duž protoka. To se bilježi povećanjem tlaka na ulazu u odvodnike, utvrđenim pomoću mjerača tlaka i vakuuma "SiH 4 +H" 2 35 i smanjenjem protoka, utvrđenim reometrom 38. Za vraćanje normalnog načina procesa , otvorite ventil 13, usmjeravajući protok plinovitih produkata reakcije u drugu zamku. U tom slučaju slavine 11 i 12 ostaju otvorene tako da se proces kondenzacije nastavlja u prvom sifonu. Slične radnje se poduzimaju kada se drugi sifon zatvara otvaranjem ventila 15.

2.4. Završetak procesa sinteze silana

Kako biste dovršili postupak, zatvorite protok silicijevog tetrafluorida pomoću ventila na cilindru 24 i potpuno otvorite LDH ventil. Zatim se protok vodika povećava na 40%, a pročišćavanje se provodi otprilike 20 minuta.

Zatim se reaktori ispumpavaju kroz sifone. Da biste to učinili, zatvorite slavine 8, 30 i otvorite slavinu 3 i polako kucnite 6. Brzina pumpanja se kontrolira pomoću reometra - lopta se ne smije dizati iznad 70 podjela. Dubina crpljenja i njezin završetak određuju se pomoću mjerača tlaka i vakuuma "SiH 4 +H 2" 35 i "SiF 4" 32. Nakon završetka pumpanja isključiti grijanje reaktora, zatvoriti slavinu na SDH 25, curenje SiF 4 26 i slavine 21 (22). Reaktor je napunjen vodikom do laganog viška tlaka (0,1-0,15 atm. g). Nakon toga zatvorite ventile 20 (19), "propuštanje H 2" 30 i ventil na cilindru vodika. Zamke se ispumpavaju još neko vrijeme (~5 min), zatim se zatvaraju slavine 11, 12, 14, 16, 5, 23.

2.5. Ponovno punjenje plinovitog ciljnog proizvoda iz zamki u prihvatni cilindar

Prihvatni cilindri 37 su prethodno ohlađeni tekućim dušikom. Odvajači 36 se istovaraju jedan po jedan, počevši od trećeg - koji je najbliži prihvatnim cilindrima 37. Svaki odvajač se istovara kroz izlazni vod, ako je poprečni presjek odvajača blokiran kondenzatom, tada se istovar vrši istovremeno kroz izlazni vod; ulazne i izlazne linije. Metoda istovara plinovitog proizvoda je sljedeća.

Otvorite slavinu na prihvatnom cilindru 37. Zamka se zagrijava strujom toplog zraka. Zagrijavanje počinje od vrha sifona, zatim se zona grijanja polako pomiče prema dolje. Brzina pretovara kontrolira se tlakom na manometru tlaka i vakuuma “SiH 4” 39. Ako se istovar vrši i duž ulaznog voda, tada se tlak kontrolira i manometrom tlaka i vakuuma “SiH 4 + H 2” 35. Nakon što je istovar ove zamke završen, oni počinju istovarati prethodnu duž linije, ponavljajući na sličan način sve gore opisane metodološke radnje. Po završetku preopterećenja plinovitog ciljnog produkta, zatvara se ventil na prihvatnom cilindru 37, odvajači se ispumpavaju u forevakuum kroz ventil 3. Nakon završetka ispumpavanja odvajača, ventili 3, 6, 16 se Zatvoreno.

2.6. Istovar produkta reakcije čvrste faze iz reaktora

Kako bi se ispraznio produkt reakcije krute faze, višak tlaka vodika se oslobađa iz reaktora, otvara se kutija na gornjem kraju reaktora i uklanja se gornja prirubnica. Zatim se od donje prirubnice odvrnu tri vijka, u jednu od montažnih rupa se umetne zatik, a na oba kraja zavrnu matice. Zatim se prihvatna posuda (staklena posuda od 3 litre) postavlja ispod donjeg kraja reaktora tako da prirubnica stane u grlo posude. Četvrti vijak je odvrnut i prirubnica lagano klizi prema dolje. Uklanjanje praha produkta krute faze pojačava se lupkanjem metalnog predmeta po reaktoru. Preostali prah proizvoda krute faze uklanja se četkom. Nakon završetka pražnjenja, donja prirubnica se ugrađuje na mjesto, kutija se zatvara i stavlja na pročišćavanje plinovitim dušikom koji isparava iz Dewarove posude.

III. Rasprava o rezultatima

Dobiveni rezultati prikazuju se na monitoru osobnog računala i predstavljaju sustav grafikona s izraženim maksimumima. Svaka krivulja odgovara određenom mjernom termoelementu; maksimum krivulje pokazuje da je fronta reakcije prošla spoj ovog termopara.

Kao što se može vidjeti sa slike, kao rezultat egzotermnog učinka reakcije, temperatura u reakcijskoj zoni raste do ~280˚C. Daljnji zadatak je smanjiti maksimalnu temperaturu, jer povećanje temperature može dovesti do razgradnje nastalog silana i smanjenja njegovog prinosa.

Proces sinteze se prekida kada reakcijska fronta prođe zonu šestog termoelementa, budući da nastavak procesa sinteze može dovesti do curenja neizreagiranog silicijevog tetrafluorida kroz reaktor.

IV. Popis korištenih izvora

Myshlyaeva, L.V., Krasnoshchekov, V.V. Analitička kemija silicija. – M.: Nauka, 1972. – 210 str.

Bezrukov, V.V., Guryanov, M.A., Kovalev, I.D., Ovchinnikov, D.K. Određivanje nečistoća koje stvaraju plin u siliciju visoke čistoće pomoću tandemskog laserskog masovnog reflektrona // Tvari i materijali visoke čistoće.

Priprema, analiza, primjena: Sažetak.

izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član.

M.F. Čurbanova. – Nižnji Novgorod: Izdavač Yu.A. Nikolajev, 2004. – 368 str.

Zhigach, A.F., Stasinevich, D.S. Kemija hidrida. – L.: Kemija, lenjingradska podružnica, 1969. – 676 str., s crtežima.

Ishikawa, N., Kobayashi, E. Fluor. Kemija i primjena / Prijevod. s japanskog M.V. Pospelov / Ed. A.V. Fokina. – M.: Mir, 1982. – 280 str.

Rapoport, F.M., Ilyinskaya, A.A. Laboratorijske metode dobivanja čistih plinova. – M.: Goskhimizdat, 1963. – 420 str. Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. M.F. Čurbanova. – Nižnji Novgorod: Izdavač Yu.A. Nikolajev, 2004. – 368 str. Sinteza nanostruktura metala metodom električnog pražnjenja Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. M.F. Čurbanova. – Nižnji Novgorod: Izdavač Yu.A. Nikolajev, 2004. – 368 str. Sažetak >> Fizika U tekućini, primijenjeno Za sinteza nanostrukture relativno nedavno, karakterizirao... mogućnosti ove metode

1. metalni prahovi nano veličine, ... Eksperimentalno montaža

   shematski prikazano na sl. 1.

   Za U tekućini, primijenjeno Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. početak električne... Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. Sinteza i analiza kemijskih tvari u proizvodnji benzina Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. Predmet >> Kemija M.F. Čurbanova. – Nižnji Novgorod: Izdavač Yu.A. Nikolajev, 2004. – 368 str. Izgrađen je prvi tenk

2. metalni prahovi nano veličine, ... Eksperimentalno destilacija nafte, koja... kao sirovina ima najveću vrijednost

   sinteze

   . Razni procesi destruktivne obrade.. ugljikovodika C1-C4 koji su sirovine Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. M.F. Čurbanova. – Nižnji Novgorod: Izdavač Yu.A. Nikolajev, 2004. – 368 str. organski . Za katalizatore koji se koriste u... algoritmi za koordinirano upravljanje prostornim kretanjem bespilotne letjelice

3. metalni prahovi nano veličine, ... Eksperimentalno Diplomski rad >> Informatika

   shematski prikazano na sl. 1.

   Matematički model korištenog zrakoplova Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. M.F. Čurbanova. – Nižnji Novgorod: Izdavač Yu.A. Nikolajev, 2004. – 368 str. zakoni upravljanja i izbor algoritama za formiranje... sustava koji se uzimaju u obzir pri upravljanju (motor . Za katalizatore koji se koriste u... Bulanov, A.D., Troshin, O.Yu., Balabanov, V.V., Moiseev, A.N. Sinteza i duboko pročišćavanje monoizotopnog silana // Tvari i materijali visoke čistoće. Priprema, analiza, primjena: Sažetak. izvješće XII konferencija, Nižnji Novgorod, 31. svibnja - 3. lipnja 2004. / Ed. ak. G.G. Deveti, dopisni član. instalacije

Toplinske transformacije Monosilan je najstabilniji od silana. Zamjetno se počinje raspadati na silicij i vodik na temperaturi od -380 C. Iznad 500 C razgradnja se odvija vrlo velikom brzinom. Vodik proizveden reakcijom inhibira razgradnju; ali reakcija ne prestaje. SiH4 = SiH2 + H2 SiH2 = Si + H2 Na temperaturama od 300 C i više, silan djelomično prelazi u disilane I trisilan .. Monosilan se zapali na zraku čak i pri -180 C. Čisti silan može se miješati u određenom omjeru sa zrakom ili kisikom pri temperaturi od 523 K i atmosferskom tlaku bez eksplozije, ako su te smjese izvan gornje i donje granice zapaljivosti. Pod drugim uvjetima, posebno u prisutnosti viših silana, dolazi do spontanog izgaranja ili eksplozije.

Izgaranjem monosilana, ovisno o količini kisika i temperaturi, nastaju SiO, Si02 i derivati ​​silicijeve kiseline. Interakcija s vodom Prvi put je u radovima proučavana interakcija silana s vodom i vodenim otopinama kiselina i lužina Čista voda u kvarcnim posudama ne razgrađuje silan, već najmanji tragovi lužine (lužine ekstrahirane iz stakla. voda je dovoljna) ubrzava razgradnju. Hidroliza odvija se vrlo brzo i dovodi do eliminacije svih vodika povezanih sa silicijem: SiH4 + 2H20 = Si02 + 4H2 SiH4 + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 4H2. Hidrolizu silana također kataliziraju kiseline, ali ne tako snažno kao lužine. Tragovi vlage u kombinaciji s dovoljno aktivnim površinama (na primjer, cilindri za skladištenje silana) gotovo u potpunosti reagiraju s viškom monosilana i stvaraju siloksane i vodik prema jednadžbi: 2SiH4+H20 = (H3Si)20+2H2 Interakcija s halogenima, halogenim derivatima i nekim drugim tvarima.

Halogeni reagiraju sa silanom vrlo snažno, eksplozivno. Na niskim temperaturama reakcija se može izvesti kontroliranom brzinom. Klorovodik pri atmosferskom tlaku u odsutnosti katalizatora ne reagira sa silanom čak ni pri povišenim temperaturama. U prisutnosti katalizatora, na primjer aluminijevog klorida, reakcija se odvija glatko čak i na sobnoj temperaturi i dovodi do stvaranja klorom supstituiranih silana. SiH4 + HCl = SiH3Cl + H2

SiH4 + 2HC1 = SiH2Cl2 + H2, itd. Silan reagira s fosfinom na temperaturama iznad 400 C pri čemu nastaje SiH3PH2 i male količine SiH2(PH2)2, PH(SiH3)2 i Si2P; slični derivati ​​dobiveni su s arzinom. Interakcija s organskim spojevima.

Silan ne stupa u interakciju sa zasićenim ugljikovodicima do 600 C. Olefini, na primjer etilen, dodaju se silanu na 460-510 C i atmosferskom tlaku. Glavni produkti reakcije su mono- i dialkilsilani. Na 100 C reakcija se odvija samo pod pritiskom. U normalnim uvjetima, interakcija se opaža nakon zračenja ultraljubičastim svjetlom. Kao rezultat toplinske reakcije acetilena sa silanom nastaje nešto vinilsilana, ali glavni produkt reakcije je etinildivinilsilan. Fotokemijska reakcija proizvodi uglavnom vinil silan.

Danas su u literaturi opisani deseci metoda za proizvodnju monosilana. Nisu svi doživjeli industrijski razvoj. O industrijskim metodama za proizvodnju silana spadaju: 1. Razgradnja metalnih silicida. 2. Redukcija silicijevih halogenida metalnim hidridima. 3. Katalitičko disproporcioniranje trialkoksisilana. 4. Katalitičko disproporcioniranje triklorosilana. Razgradnja metalnih silicida Za dobivanje silana reakcijom razgradnje metalnih silicida najprikladniji polazni materijal je magnezijev silicid. Jednadžba reakcije za ovu metodu proizvodnje silana je sljedeća: Mg2Si + 4H20 = SiH4 + 2Mg(OH)2 Ukupni prinos silana za silicij sadržan u silicidu je 25-30%. Od toga, prema 37% - Sibi; 30% - Si2H6; 15% - Si3H8 i 10% - Siio; ostatak su tekući silani Si5Hi2 i Si6H14, kao i kruti silani (SiHi, . Kada magnezijev silicid reagira s amonijevim bromidom u tekućem amonijaku, prinos silana se povećava na 70-80% (SiH4 - 97,2% i Si2H6 - 2,8%) : Mg2Si + 4NH4Br = 2MgBr2 + 4NH3, naznačeno je prisustvo više od 20 nečistoća, uključujući homologe silana, amonijak, benzen, toluen, klorovodik. budući da se reakcija odvija na uobičajenim temperaturama i atmosferskom tlaku i s gotovo kvantitativnim prinosom, dobiveni silan nije kontaminiran višim silanima.

Silicijevi hidridi, takozvani silani, tvore homologni niz, sličan nizu zasićenih alifatskih ugljikovodika, ali karakteriziran nestabilnošću polisilanskih lanaca -Si-Si-. Silan SiH4 je najstabilniji prvi predstavnik cijele homologne serije; Tek pri crvenoj toplini razlaže se na silicij i vodik. Disilan Si2H6 se zagrijavanjem iznad 3000 razgrađuje u silan i čvrsti polimer; heksasilan Si6H14, koji je najviši poznati član homolognog niza, polako se raspada čak i pri normalnim temperaturama. Svi silani imaju karakterističan miris i vrlo su otrovni.

Glavna shema za njihovu pripremu je interakcija Mg2Si s klorovodičnom kiselinom. Frakcioniranjem dobivene smjese dobivaju se odgovarajući hidrosilicijevi dioksidi. Postoje i druge metode za proizvodnju silana. Na primjer, redukcija halosilana s litij hidridom ili litij aluminij hidridom, kao i redukcija halosilana s vodikom u prisutnosti AICl3

SiH3CI + H2->SiH4 + HCI. Za razliku od vrlo inertnih ugljikovodika, silani su izrazito reaktivni spojevi. Važno svojstvo koje razlikuje silane od ugljikovodika je lakoća hidrolize Si-H veze u prisutnosti alkalnih katalizatora. Hidroliza se odvija vrlo brzo, a taj se proces može prikazati na sljedeći način:

SiH4 + 2H2O→SiO2 + 4H2

SiH4 + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 4H2.

Tijekom katalitičkog djelovanja alkalija na više silane, Si-Si veza puca

N3Si-SiN3 + 6H2O→3SiO2 + 10H2.

Oni reagiraju sa slobodnim halogenima na sličan način kao ugljikovodici, uzastopno izmjenjujući jedan atom vodika za drugim za halogen. S halogenovodikom u prisutnosti katalizatora (AICl3) dolazi do slične, ali ne analogne u kemiji ugljikovodika, reakcije, izmjene vodika za halogen

SiN4 + HCI→H2 + SiN3SI.

Triklorosilan SiH3CI mora se dobiti izravnom sintezom iz Si ​​i HCl na povišenoj temperaturi.

Silani ne reagiraju s koncentriranom sumpornom kiselinom.

Spojevi koji ga sadrže koriste se za zaštitu metala.

Monosilan- binarni anorganski spoj silicija i vodika formule SiH4, bezbojan plin neugodnog mirisa, spontano se zapali na zraku, reagira s vodom, otrovan

Kemijska svojstva silana - pojam i vrste. Klasifikacija i značajke kategorije "Kemijska svojstva silana" 2017., 2018.