Monosilan

Strukturformel
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] 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]

Herstellung

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]

${\displaystyle \mathrm {SiCl_{4}\ +\ 4\ LiH\longrightarrow \ SiH_{4}\ +\ 4\ LiCl} }$

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

Chemische Eigenschaften

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

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+2\,O_{2}\rightarrow SiO_{2}+2\,H_{2}O\ \quad \Delta H\ll 0} }$

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

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+4\,H_{2}O\ _{\overrightarrow {\mathrm {pH\ >\ 7} }}\ Si(OH)_{4}+4\,H_{2}} }$

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.

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}\rightarrow Si+2\,H_{2}\ } }$

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

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ HCl\ {\xrightarrow {>100\,{}^{\circ }C}}\ ClSiH_{3}+\,H_{2}} }$

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

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+\,0.5\ H_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+\ 2\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+\,KH} }$

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

Verwendung

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

1. Eintrag zu Silane. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 14. Juli 2014.
2. 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).