硅與碳相似,有一系列氫化物,不過由于硅自相結(jié)合成鏈的能力比碳差,生成的氫化物要少得多。到目前為止,已制得的硅烷不到12個(gè),其中熟悉的有SiH4、Si2H6、Si3H8,Si4H10、Si5H12以及Si6H14等,即一硅烷到六硅烷,可以用通式SinH2n+2(7≥n≥1)來表示。硅烷的結(jié)構(gòu)與烷烴相似。一硅烷又稱為甲硅烷。
由于硅不能與H2直接作用,簡單的硅烷常用金屬硅化物與酸反應(yīng)來制取。例如:
Mg2Si+4HCl=SiH4↑+2MgCl2
或者用強(qiáng)還原劑LiAlH4還原硅的鹵化物。
2Si2Cl6(l)+3LiAlH4(s)=2Si2H6(g)+3LiCl(s)+3AlCl3(s)
硅烷為無色無臭的氣體(SiH4和Si2H6)或液體。它們能溶于有機(jī)溶劑,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都很低。化學(xué)性質(zhì)比相應(yīng)的烷烴活潑,表現(xiàn)在以下幾方面:
(1)還原性強(qiáng),能與O2或其它氧化劑猛烈反應(yīng)。它們?cè)诳諝庵凶匀?,燃燒時(shí)放出大量的熱,產(chǎn)物為SiO2。如:
SiH4+2O2=(燃燒)SiO2+2H2O △H°=-1430kJ·mol-1
能與一般氧化劑反應(yīng)。如:
SiH4+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O
SiH4+8AgNO3+2H2O=8Ag↓+SiO2↓+8HNO3
前一個(gè)反應(yīng)可用于檢驗(yàn)硅烷。
(2)硅烷在純水中不發(fā)生水解作用。但當(dāng)水中有微量堿存在時(shí),由于堿的催化作用,水解反應(yīng)即激烈地進(jìn)行。
SiH4+(n+2)H2O=(堿)SiO2·nH2O↓+4H2↑
(3)所有硅烷的熱穩(wěn)定性都很差。分子量大的穩(wěn)定性更差。將高硅烷適當(dāng)?shù)丶訜幔鼈兗捶纸鉃榈凸柰?。低硅烷(如SiH4)在溫度高于773K即分解為單質(zhì)硅和氫氣。
SiH4=(>773K)Si+2H2↑
SiH4被大量地用于制高純Si。硅的純度越高,大規(guī)模集成電路的性能就越好。