甲矽烷

甲矽烷
甲矽烷	矽烷
	IUPAC名; silicane
別名	矽化氫; 矽烷
識別
CAS號	7803-62-5
PubChem	23953
ChemSpider	22393
SMILES	[SiH4];
InChI	1/H4Si/h1H4;
InChIKey	BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYAE
Gmelin	273
UN編號	2203
ChEBI	29389
RTECS	VV1400000
性質
化學式	SiH4
莫耳質量	32.12 g·mol⁻¹
外觀	無色氣體
密度	0.7 g/ml（液態）; 1.313 g L−1（氣態）
熔點	−185 °C（88 K）（）
沸點	−111.9 °C（161 K）（）
溶解性（水）	緩慢水解
結構
分子構型	正四面體; Si-H鍵長 1.4798 Å
偶極矩	0 D
熱力學
ΔfHm⦵298K	34.31 kJ/mol
S⦵298K	204.61 J/mol·K
熱容	42.81 J/mol·K
危險性
	GHS危險性符號;
GHS提示詞	Danger
H-術語	H220, H280
P-術語	P210, P222, P230, P280, P377, P381, P403, P410+403
主要危害	極易燃燒，在空氣中自燃
NFPA 704	4 2 3
爆炸極限	1.37–100%
PEL	無
相關物質
相關氫化物	甲烷、甲鍺烷
	若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

甲矽烷（英語：Silane），也稱甲硅烷、矽甲烷，化學式為Si H₄，是一種矽烷；有時也被簡稱為矽烷（勿混淆）。它的結構與甲烷類似，只是用矽取代了甲烷中的碳。在室溫下，矽烷是一種易燃的氣體，在空氣中，無需外加火源，矽烷就可以自燃。但是有學者認為，矽烷本身是很穩定的，在自然狀態下，是以聚合物的狀態存在的。在超過420攝氏度的環境下，矽烷會分解成矽和氫，因此矽烷可以被用來以薄膜沉積提純矽，是半導體工業重要的特用電子級氣體之一^[5]。

甲矽烷是在1857年由德國化學家海因里希·布夫（Heinrich Buff）和弗里德里希·維勒（Friedrich Wöhler）通過鹽酸和矽化鋁反應發現的。^[6]

製備

工業上，多晶塊狀矽首先在攝氏200度置於流床反應器下化合：矽與通入的氯化氫形成三氯矽烷和氫氣。反應式如下：

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

將經過蒸餾純化的三氯化矽置於有催化劑的resinous bed反應器而產生歧化反應，形成矽烷和四氯化矽。反應式如下：

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

此反應的催化劑常以金屬鹵化物爲主，尤其是氯化鋁。

安全

甲矽烷會在54 °C（129 °F）下自燃。^[7]至今已有多起因甲矽烷洩漏導致的燃燒和爆炸引起的傷亡事故。^[8]^[9]^[10]

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

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

相較於純甲矽烷，經非活性氣體（如氮氣和氬氣）稀釋的甲矽烷暴露於空氣時更容易燃燒，在純氮里只要加入1%的矽烷和就有可能引發爆炸。^[11]

和甲烷不同，甲矽烷是劇毒，大鼠暴露於4小時的甲矽烷中的致死劑量（LC₅₀）是0.96%（9,600 ppm）。另外，甲矽烷接觸眼睛產生的矽酸會刺激眼睛。^[12]

參見

參考資料

^ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 Haynes 2011，第4.87頁.
^ Haynes 2011，第9.29頁.
^ Haynes 2011，第5.14頁.
^ NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0556. NIOSH.
^ 台灣特品化學公司 (PDF). [2018-07-02]. （原始內容 (PDF)存檔於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 網際網路檔案館的存檔，存檔日期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. 原始內容存檔於2009-02-20.

延伸閱讀

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

外部連結

organofunctional silanes from Degussa AG （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
organofunctional silanes for building protection - water repellents - masonry protection - Graffiti Controll - sealer - easy to clean surface from Degussa AG （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
http://www.siridion.com （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） chlorosilanes for telecommunication and electronic materials from Degussa
以矽烷化合物製備多晶矽原料

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

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

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

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

[5] 台灣特品化學公司 (PDF). [2018-07-02]. （原始內容 (PDF)存檔於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 網際網路檔案館的存檔，存檔日期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. 原始內容存檔於2009-02-20.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]