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硅烷SiH4

硅烷SiH4

1.别名•英文名
单硅烷、硅甲烷、甲硅烷、四氢化硅;Silane、Monosilane、Sil-icon tetrahydride、Silicon hydride.
2.用途
氯硅烷类及烷基氯硅烷类的骨架结构,硅的外延生长、多晶硅、氧化硅、氮化硅等的原料,太阳能电池,光导纤维,有色玻璃制造,化学气相淀积。
3.制法
(1)硅化镁法:把硅和镁的混合粉末在约500℃的氢气中反应,把生成的硅化镁和氯化铵在低温液态氨中反应,可得到硅烷。把它在用液氮冷却的蒸馏装置中精制后可得到纯硅烷。
(2)不均化反应法:把硅粉末、四氯化硅和氢在加热到500℃以上的流动床炉中反应,得到三氯硅烷。用蒸馏法分离三氯硅烷。在催化剂存在下通过不均化反应得到二氯硅烷。所得的二氯硅烷为与四氯化硅、三氯硅烷的混合物,所以用蒸馏法精制后得纯二氯硅烷。使用不均化反应催化剂由二氯硅烷得三氯硅烷和单硅烷。所得的单硅烷用低温高压蒸馏装置提纯。
(3)用盐酸处理硅镁合金。
Mg2Si+4HCl—→2MgCl2+SiH4
(4)硅镁合金与溴化铵在液氨中反应。

(5)以氢化铝锂、氢化硼锂等作为还原剂,在乙醚中还原四氯硅烷或三氯硅烷。

4.理化性质
分子量:    32.118
熔点(101.325kPa):    -185.0℃
沸点(101.325kPa):    -111.5℃
液体密度(-185℃):    711kg/m3
气体密度(0℃,100kPa):    1.42kg/m3
相对密度(气体,空气=1,20℃,101.325kPa):1.114
比容(21.1℃,101.325kPa):    0.7518m/kg
气液容积比(15℃,100kPa):412L/L
临界温度:    -3.4℃
临界压力:4843kPa
临界密度:    242kg/m3
压缩系数:
温度℃ 压缩系数
100kPa 500kPa 1000kPa 2000kPa 3000kPa 4000kPa 4500kPa
15       0.999 0.963 0.923 0.850 0.774    0.697    0.652
50       0.999 0.964    0.928    0.858     0.786    0.713    0.677

熔化热(-186.40℃,<0.1kPa):  24.62 kJ/kg
气化热(-111.40℃,101.325kPa):342.89kJ/kg
比热容(气体,25℃,101.325kPa):  Cp=1333.96 J/(kg•K)
蒸气压(-168℃):    1.33kPa
(-60℃):    1040kPa
(-10℃):    4150kPa
粘度(101.325kPa,0℃):0.0108mPa•S
表面张力(-111.4℃,101325kPa):15.11mN/m
导热系数(101.325kPa,0℃):0.01918 w/(m•K)
爆炸界限:0.8%~98%
火灾危险度:    大
硅烷在常温常压下为具有恶臭的无色气体。在室温下着火,在空气或卤素气体中发生爆炸性燃烧。即使用其它气体稀释,如果浓度不够低.仍能自燃。硅烷在氩气中含2%、氮气中含2.5%、氢气中含1%时,它仍能着火。硅烷浓度在小于1%时不燃,大于3%时自燃,1%~3%时可能燃烧。
SiH4+2O2—→SiO2+2H2O
燃烧产物为粉状氧化硅和水,火焰温度较低,在氩气中含3%硅烷时为500~600℃。常温下稳定,在300℃开始分解,600℃时分解加速,1000℃时完全分解成硅和氢。
SiH4—→Si+2H2
在中性或酸性水中比较稳定,但是在碱性水溶液中容易分解。
SiH4+2H2O—→SiO2+4H2
SiH4+2KOH+H2O—→K2SiO3+4H2
硅烷是强还原剂,与重金属卤化物激烈反应,与氯、溴发生爆炸性反应,与四氯化碳激烈反应。因此对硅烷不能使用氟里昂灭火剂。硅烷不溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿和四氯化硅。不与润滑油、脂肪反应。对几乎所有的金属无腐蚀性。有时,玻璃中的碱成分也能分解硅烷。溶解在二硫化碳中的硅烷遇到空气也可发生爆炸。

5.毒性
小鼠—吸入LCLo:9600 ppm•4小时
有毒气体范围:>0.25ppm
最商容许浓度:0.5ppm(0.7mg/m3)
硅烷能强烈刺激呼吸道。吸入硅烷及其燃烧产物引起的中毒症状有头疼、眩晕、发热、恶心、出汗、苍白、危脉、半晕厥状态等。
6.安全防护
工作场所要通风,保持室内空气干燥。装置要严格密封,避免和空气、水分相接触,为此,用气装置在使用前要用惰性气体置换里面的空气后抽真空,这样反复进行置换和抽真空,一定要彻底清除系统中的空气和水分。装置使用以后,也要用惰性气体置换清洗系统中的硅烷。可以用氦探漏器探漏。少量硅烷泄漏时,从氧化硅粉末的折出中也可以得知。钢瓶要存放在阴凉干燥通风良好之处,要远离热源和氯、溴等氧化剂。工作场所要配备足够的防护用品及应急用品。
硅烷本身无腐蚀性,可以使用碳钢、不锈钢、铜、黄铜、蒙乃尔、耐蚀镍基合金。也可用聚四氟乙烯、聚三氟氯化乙烯聚合体、尼龙、三氟氯乙烯树脂、聚乙烯、聚酯、石英玻璃。不能用铅、橡胶、脂肪、润滑油、玻璃。凡是可燃性的有机高分子材料应该避免使用。
当硅烷大量泄漏时。紧接着就要着火,所以无法用灭火器灭火。但是可以控制火势,使火灾不向周围蔓延。燃烧时辐射热不太高,所以应尽可能去关闭阀门以止住气体的流出。可用白雪石粉或石墨粉熄火。废气可用水或碱吸收,或者在特殊燃烧器中燃烧成SiO2之后用专门的过滤器捕捉。