Хлори́д кре́мния(IV) ( тетрахлори́д кре́мния , четырёххло́ристый кре́мний , тетрахлорсила́н ) — бинарное неорганическое соединение кремния и хлора с формулой SiCl ₄ , один из хлоридов кремния . При стандартных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость, дымящуюся на влажном воздухе. Соединение используется для производства кремния и диоксида кремния с высокой степенью чистоты для коммерческого применения.

Получение

Тетрахлорид кремния обычно получают хлорированием различных соединений кремния, таких как ферросилиций , карбид кремния или смеси диоксида кремния и углерода . Способ получения из ферросилиция является наиболее распространённым в промышленности .

${\displaystyle {\ce {2Fe3Si2 + 15Cl2->[t] 2FeCl3 + 4FeCl2 + 4SiCl4 ^}}}$

Поскольку тетрахлорид кремния достаточно летучий, он легко отделяется при высокой температуре от смеси хлоридов железа .

В лаборатории тетрахлорид кремния можно получить, пропуская хлор над чистым размельчённым кремнием при температуре свыше 600 °C:

${\displaystyle {\ce {Si + 2Cl2->[t] SiCl4 ^}}}$

Именно таким способом его впервые получил Якоб Берцелиус в 1823 году . Однако в данном процессе также образуются гомологичные соединения, такие как Si ₃ Cl ₈ (октахлортрисилан) и Si ₂ Cl ₆ (гексахлордисилан) и другие, которые можно разделить с помощью фракционной перегонки .

Химические свойства

Гидролиз и схожие реакции

Тетрахлорид кремния очень бурно реагирует с водой с выделением большого количества тепла, поэтому даже при контакте со слегка влажным воздухом наблюдается дымление:

${\displaystyle {\ce {x SiCl4 + y H2O -> xSiO2*(y-z)H2O + zHCl}}}$

Выделяющиеся пары концентрированной соляной кислоты обладают коррозионными свойствами и сильно раздражают кожу и дыхательные пути , а выделяющиеся гидраты оксида кремния(IV) в виде аэрозоля создают задымление.

Примечательно, что гомологичное углеродистое соединение CCl ₄ ( четырёххлористый углерод ) не подвергается гидролизу в аналогичных условиях.

Со спиртами реагирует с образованием тетраалкилоксисиланов:

${\displaystyle {\ce {SiCl4 + 4ROH -> Si(OR)4 + 4HCl}}}$

Образование хлорангидридов поликремния

При достаточно высоких температурах образуются гомологи тетрахлорида кремния:

${\displaystyle {\ce {2SiCl4 + Si -> Si3Cl8}}}$

Фактически само хлорирование кремния сопровождается образованием Si ₂ Cl ₆ и других производных. Ряд соединений, содержащих до шести атомов кремния в цепи, можно выделить из образующейся смеси с помощью фракционной перегонки.

Электрофильное замещение

Тетрахлорид кремния является классическим электрофильным соединением . Он образует различные кремнийорганические соединения при реакции с реактивами Гриньяра и другими литийорганическими соединениями:

${\displaystyle {\ce {SiCl4 + 4RLi -> R4Si + 4LiCl}}}$

Восстановление алкилсилана гидридами приводит к образованию моносилана :

${\displaystyle {\ce {R4Si + 4H- X^+ -> SiH4 + 4XR}}}$

Применение

Тетрахлорид кремния используется в качестве промежуточного продукта при производстве поликристаллического кремния (поликремния) и сверхчистого кремния , поскольку он имеет температуру кипения, удобную для высокой очистки путём многократной фракционной перегонки. После перегонки его обычно восстанавливают сначала до трихлорсилана (HSiCl ₃ ) газообразным водородом ( гидрирование ) или непосредственно используют в процессе Сименса, либо дополнительно восстанавливают до силана (SiH ₄ ) и вводят в реактор с псевдоожиженным слоем.

Получаемый таким способом поликремний в больших количествах используется в фотоэлектронной промышленности в качестве пластин для обычных солнечных элементов, изготовленных из кристаллического кремния, а также в полупроводниковой промышленности.

Тетрахлорид кремния также можно использовать для получения коллоидного диоксида кремния . С этой целью тетрахлорид кремния высокой чистоты используется при производстве оптических волокон для оптоволоконных кабелей . В таком случае тетрахлорид кремния не должен содержать водородсодержащих примесей, таких как трихлорсилан . Оптические волокна изготавливаются в таких процессах, где тетрахлорид кремния окисляется до чистого оксида кремния(IV) под действием кислорода .

Тетрахлорид кремния используют в качестве сырья для изготовления кварцевого стекла .

Опасность и токсичность

Хотя сам четырёххлористый кремний является негорючим и термически стойким веществом, он чрезвычайно бурно реагирует с водой с образованием опасных высококонцентрированных паров соляной кислоты. Поэтому пары четырёххлористого кремния очень сильно раздражают верхние дыхательные пути и слизистые оболочки .

ПДК в рабочей зоне — 1 мг/м³ ; ЛД50 на крысах (ингаляция) — 102 мг/кг. В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 тетрахлорид кремния относится ко II классу опасности.

Примечания