Silic tetrachloride

Silic tetrachloride
Danh pháp IUPAC	Silic(IV) chloride
Tên khác	Silic tetrachloride Tetrachlorosilan
Nhận dạng
Số CAS	10026-04-7
PubChem	24816
Số EINECS	233-054-0
Số RTECS	VW0525000
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ [Si](Cl)(Cl)(Cl)Cl
InChI	đầy đủ 1/Cl4Si/c1-5(2,3)4
UNII	96L75U0BM3
Thuộc tính
Công thức phân tử	SiCl4
Khối lượng mol	16990 g/mol
Bề ngoài	Colourless liquid
Khối lượng riêng	1,483 g/cm³
Điểm nóng chảy	−68,74 °C (204,41 K; −91,73 °F)
Điểm sôi	57,65 °C (330,80 K; 135,77 °F)
Độ hòa tan trong nước	Reaction
Độ hòa tan	hòa tan trong benzene, toluene, chloroform, ether, ^[cần dẫn nguồn]
Áp suất hơi	259 kPa at 20 °C
MagSus	−88,3·10^−6 cm³/mol
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thể	Tetrahedral
Tọa độ	4
Nhiệt hóa học
Enthalpy hình thành ΔfH^o298	−687 kJ·mol^−1[1]
Entropy mol tiêu chuẩn S^o298	240 J·mol^−1·K^−1[1]
Các nguy hiểm
Phân loại của EU	Irritant (Xi)
NFPA 704	0 3 2
Chỉ dẫn R	R14, R36/37/38
Chỉ dẫn S	S2, S7/8 , S26
Các hợp chất liên quan
Anion khác	Silicon tetraflorua Silicon tetrabromua Silicon tetraiodua
Cation khác	Carbon tetrachloride Germanium tetrachloride Tin(IV) chloride Titanium tetrachloride
Nhóm chức liên quan	Chlorosilane Dichlorosilane Trichlorosilane
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Tham khảo hộp thông tin

Silic tetrachloride (công thức hóa học: SiCl₄), hay còn được gọi là silic chloride, silic(IV) chloride, hay tetrachlorsilan, nó là một chất lỏng không màu dễ bay hơi trong không khí. Được sử dụng để sản xuất silicon và silica có độ tinh khiết cao cho mục đích ứng dụng thương mại.

Điều chế

Silic chloride được điều chế bởi sự khử các hợp chất silic như ferôsilicon, cacbonrunđum, các hỗn dược của dioxide và cacbon silic bằng khí chlor. Trong đó, khử ferôsilicon là cách điều chế phổ biến nhất.^[2]

Trong phòng thí nghiệm, SiCl₄ có thể được điều chế bằng cách xử lý silic với chlor:

Si + 2 Cl₂ → SiCl₄

Nó được Jöns Jakob Berzelius điều chế lần đầu tiên vào năm 1823.

Nước muối cô đặc có thể bị pha nhiễm với silica khi chlor chỉ là một sản phẩm phụ của quá trình tinh chế kim loại từ quặng chloride kim khí. Trong một số trường hợp hiếm, lượng silic dioxide trong silica biến chuyển thành silic chloride khi nước muối pha nhiễm bị điện phân.^[3]

Phản ứng

Thủy phân và những phản ứng liên quan

Giống như những hợp chất chứa chlor khác, silic chloride phản ứng dễ dàng với nước:

SiCl₄ + 2 H₂O → SiO₂ + 4 HCl

Ngược lại, cacbon chloride (CCl4) lại không dễ dàng thủy phân. Tốc độ thủy phân khác nhau được cho là do bán kính nguyên tử lớn hơn của nguyên tử silicon cho phép tấn công silic, và với tính chất cực của các liên kết Si-Cl ưa thích tấn công nucleophilic. Phản ứng có thể nhận thấy khi tiếp xúc với chất lỏng vào không khí.^[4] Với methanol và etanol nó phản ứng để tạo tetramethyl orthosilicate và tetraethyl orthosilicate:

SiCl₄ + 4 ROH → Si(OR)₄ + 4 HCl

Polysilicon chloride

Ở nhiệt độ cao hơn, các đồng đẳng của silic chloride có thể phản ứng bởi điều chế:

Si + 2 SiCl₄ → Si₃Cl₈

Trong thực tế, sự khử silicon bằng khí chlor đi kèm với sự hình thành Si₂Cl₆. Một loạt các hợp chất có chứa tối đa sáu nguyên tử silic trong chuỗi có thể được tách ra khỏi hỗn hợp bằng cách chưng cất từng phần.

Phản ứng với các nucleophile khác

Silic chloride là một chất ưa điện (electrophile) cổ điển trong phản ứng của nó.^[5] Nó tạo thành một loạt hợp chất organosilicon khi xử lý thuốc thử Grignard với các hợp chất organolithium:

4 RLi + SiCl₄ → R₄Si + 4 LiCl

Khử với các chất phản ứng hydride cho ra silan (SiH4).

Sử dụng

Silic chloride được sử dụng làm chất trung gian trong sản xuất polysilicon, một dạng silic siêu tinh khiết , vì có độ sôi để lọc bằng cách chưng cất từng phần. Được khử thành trichlorsilan (HSiCl₃) bằng khí hydro trong một lò phản ứng hydro hóa.

Những polysilicon được sản xuất từ silic chloride được sử dụng như các tấm wafer với khối lượng lớn bởi ngành công nghiệp điện mặt trời, các pin mặt trời thông thường được làm bằng silic tinh thể và cũng bởi ngành công nghiệp bán dẫn.

Silic chloride cũng được thủy phân thành silica dạng khói. Silic chloride có độ tinh khiết cao được sử dụng trong sản xuất sợi quang học. 

Vấn đề an toàn và môi trường

Ô nhiễm do sản xuất silic chloride để phục vụ cho nhu cầu gia tăng việc sản xuất pin năng lượng mặt trời được báo cáo ở Trung Quốc.^[6]

Xem thêm

Chú thích

1. ^ Zumdahl, S. S. (2009). Chemical Principles (ấn bản thứ 6). Houghton Mifflin. tr. A22. ISBN 0-618-94690-X.
2. Simmler, W. “Silicon Compounds, Inorganic”. Bách khoa toàn thư Ullmann về Hóa chất công nghiệp. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a24_001.
3. White, George Clifford (1986). The handbook of chlorination (ấn bản thứ 2). New York: Van Nostrand Reinhold. tr. 33–34. ISBN 0-442-29285-6. Truy cập ngày 20 tháng 12 năm 2016.|access-date = requires |url= (help)
4. Clugston, M.; Flemming, R. (2000). Advanced Chemistry. Oxford University Press. tr. 342. ISBN 978-0199146338.
5. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (ấn bản thứ 2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4
6. “Solar Energy Firms Leave Waste Behind in China”. The Washington Post. ngày 9 tháng 3 năm 2008.