Monosilan

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Strukturformel
Struktur von Monosilan
Keile zur Verdeutlichung der Geometrie
Allgemeines
Name Monosilan
Andere Namen
  • Siliciumwasserstoff
  • Silakan
  • Siliciumtetrahydrid
  • Siliciumhydrid
  • Silan
Summenformel SiH4
Kurzbeschreibung

farbloses Gas mit unangenehmem Geruch[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7803-62-5
EG-Nummer 232-263-4
ECHA-InfoCard 100.029.331
PubChem 23953
Wikidata Q410572
Eigenschaften
Molare Masse 32,12 g·mol −1
Aggregatzustand

gasförmig

Dichte

1,44 g·l−1 (1013 hPa, 0 °C)[2]

Schmelzpunkt

−185 °C [2]

Siedepunkt

−112 °C[2]

Löslichkeit

rasche Hydrolyse in Wasser[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
Gefahrensymbol Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 220​‐​280
P: 210​‐​377​‐​381​‐​403 [2]
MAK

Schweiz: 0,5 ml·m−3 bzw. 0,7 mg·m−3[3]

Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Monosilan ist der einfachste Vertreter der Silane (auch Siliciumwasserstoffe genannt) und somit das Siliciumanalogon von Methan, CH4. Es hat – im Gegensatz zu Methan – einen unangenehmen, abstoßenden Geruch.[4]

Monosilan kann im Labor durch Reaktion von Magnesiumsilicid mit Salzsäure hergestellt werden. Technische Herstellungsverfahren beruhen auf der Hydrierung von Siliciumtetrachlorid mit Lithiumhydrid im Lithiumchlorid/Kaliumchlorid-Eutektikum,[1]

S i C l 4   +   4   L i H ⟶   S i H 4   +   4   L i C l {\displaystyle \mathrm {SiCl_{4}\ +\ 4\ LiH\longrightarrow \ SiH_{4}\ +\ 4\ LiCl} } {\displaystyle \mathrm {SiCl_{4}\ +\ 4\ LiH\longrightarrow \ SiH_{4}\ +\ 4\ LiCl} }

bzw. auf der Dismutation von Hydrogenchlorsilanen, wie z. B. Trichlorsilan.[5]

Chemische Eigenschaften

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Monosilan ist hoch entzündlich und pyrophor, d. h., Monosilan entzündet sich an der Luft selbst. Bei der Verbrennung entstehen Siliciumdioxid und Wasserdampf.

S i H 4 + 2 O 2 → S i O 2 + 2 H 2 O   Δ H ≪ 0 {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+2,円O_{2}\rightarrow SiO_{2}+2,円H_{2}O\ \quad \Delta H\ll 0} } {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+2,円O_{2}\rightarrow SiO_{2}+2,円H_{2}O\ \quad \Delta H\ll 0} }

In Wasser bei einem pH-Wert oberhalb von 7 zersetzen sich Silane zu Kieselsäure und Wasserstoff:

S i H 4 + 4 H 2 O   p H   >   7 →   S i ( O H ) 4 + 4 H 2 {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+4,円H_{2}O\ _{\overrightarrow {\mathrm {pH\ >\ 7} }}\ Si(OH)_{4}+4,円H_{2}} } {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+4,円H_{2}O\ _{\overrightarrow {\mathrm {pH\ >\ 7} }}\ Si(OH)_{4}+4,円H_{2}} }
Monosilan und Wasser bilden Kieselsäure und Wasserstoff.

Unter Luft- und Feuchtigkeitsausschluss ist Monosilan bis ca. 300 °C stabil. Darüber tritt Zerfall in Silicium und Wasserstoff ein.

S i H 4 → S i + 2 H 2   {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}\rightarrow Si+2,円H_{2}\ } } {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}\rightarrow Si+2,円H_{2}\ } }

Durch Einwirkung von Halogenen oder Halogenwasserstoff in Gegenwart von Aluminiumchlorid lassen sich die Wasserstoffatome der Reihe nach ersetzen.[6]

S i H 4 +   H C l   → > 100 ∘ C   C l S i H 3 + H 2 {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ HCl\ {\xrightarrow {>100,円{}^{\circ }C}}\ ClSiH_{3}+,円H_{2}} } {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ HCl\ {\xrightarrow {>100,円{}^{\circ }C}}\ ClSiH_{3}+,円H_{2}} }

Bei der Umsetzung von Monosilan mit Alkalimetallen z. B. in Ethylenglycoldimethylether bilden sich die Silylverbindungen der entsprechenden Metalle:[7]

S i H 4 +   K   →   K S i H 3 + 0.5   H 2 {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+,0円.5\ H_{2}} } {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+,0円.5\ H_{2}} }
S i H 4 +   2   K   →   K S i H 3 + K H {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ 2\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+,円KH} } {\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ 2\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+,円KH} }

Die UN-Nummer von Monosilan ist 2203, der Gefahrzettel 2.1.

Monosilan wird zur Abscheidung von Silicium-, Siliciumoxid- und Siliciumnitridschichten verwendet. Daher wird Monosilan hauptsächlich in der Halbleiterfertigung oder bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt.

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b Eintrag zu Silane. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 14. Juli 2014.
  2. ↑ a b c d e f Eintrag zu Monosilan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021. (JavaScript erforderlich)
  3. ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 7803-62-5 bzw. Siliciumtetrahydrid), abgerufen am 30. Dezember 2024.
  4. ↑ Wolfgang Legrum: Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft, Vieweg + Teubner Verlag (2011) S. 68–69, ISBN 978-3-8348-1245-2.
  5. ↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.–100., verbesserte und stark erweiterte Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3.
  6. ↑ Egon Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie: Mit einem Anhang: Chemiegeschichte. Walter de Gruyter, 2011, ISBN 978-3-11-023832-7, S. 319–320 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
  7. ↑ Barry Arkles: Silanes. (PDF) Reprint from Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Forth Edition, Volume 22, Page 38–69. In: Gelest. S. 53, abgerufen am 10. Dezember 2016 (englisch). 
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