Silany

Silany jsou nasycené chemické sloučeniny odpovídající vzorci Si_xH_y. Patří mezi hydrosilany, sloučeniny obsahující vazby Si-H a jiné vazby Si-X. Atomy křemíku jsou v nich tetraedrické a vodíky jsou koncové. Všechny vazby Si–H a Si–Si jsou jednoduché. Délky vazeb jsou kolem 146 pm u Si–H bond a 233 pm u Si–Si. Strukturou se silany podobají alkanům, nejjednodušším z nich je silan, SiH₄, analog methanu, disilan (Si₂H₆₎, je analogem ethanu. Jedná se převážně o oblast teoretického zájmu.^[1]

Strukturní vzorec disilanu, strukturního analogu ethanu

Přehled

Cyklopentasilan je svou strukturou podobný cyklopentanu, pouze molekula je větší.

Nejjednodušší jsou nerozvětvené izomery silanů, kde atomy křemíku tvoří přímý řetězec; často nazývané n-izomery. Řetězec však může být na jednom nebo více místech rozvětvený. Počet možných izomerů rychle roste s počtem křemíkových atomů. Homologickou řadu tvoří tyto sloučeniny:

silan, SiH₄ - jeden křemík a čtyři vodíky

disilan, Si₂H₆ - dva křemíky a šest vodíků, podobný ethanu

trisilan, Si₃H₈ - podobný propanu

tetrasilan, Si₄H₁₀ - 4 křemíky a 10 vodíků, podobný butanu (jeden rozvětvený izomer: izotetrasilan, obdoba isobutanu)

pentasilan, Si₅H₁₂ - dva izomery: izopentasilan a neopentasilan)

Názvy silanů se tvoří přidáním přípony -silan k odpovídající číselné předponě; například disilan Si₂H₆; trisilan Si₃H₈; tetrasilan Si₄H₁₀; pentasilan Si₅H₁₂. Jsou známy i pevné polymerní sloučeniny; pokud mají lineární řetězce a atomy vodíku nahrazené alkylovými nebo arylovými skupinami, označují se jako polysilany.

Nejjednodušším necyklickým chirálním silanem je 3-silylhexasilan, H₃SiSiH₂SiH(SiH₃)SiH₂SiH₂SiH₃.

Jsou známy i obdoby cykloalkanů, nazývané cyklosilany, Si_nH_2n, n > 2.

Vlastnosti nižších silanů^[1]

Silan	Vzorec	Teplota varu [°C]	Teplota tání [°C]	Hustota [g cm−3] (při 25 °C)
silan	SiH4	−112	−185	plyn
disilan	Si2H6	−14	−132	plyn
trisilan	Si3H8	53	−117	0,743
cyklotrisilan	Si3H6
tetrasilan	Si4H10	108	−90	0,793
pentasilan	Si5H12	153	−72,8	0,827
cyklopentasilan	Si5H10	194	−10,5	0,963
hexasilan	Si6H14	193,6	−44,7	0,847

Příprava

První práce zabývající se přípravou a výrobou silanů vydali Alfred Stock a Carl Somiesky.^[2] Monosilan a disilan již byly známy, ale v těchto pracích byly popsány i další členy řady Si_nH_2n+2, až do 6 atomů Si. Také popsali tvorbu pevných polymerů.^[3] Jeden ze způsobů přípravy spočíval v hydrolýze silicidů kovů; tímto způsobem vznikaly směsi silanů, které musely být oddělovány v hlubokém vakuu.^[4][5][6]

Silany (Si_nH_2n+2) jsou tepelně méně stabilní než alkany (C_nH_2n+2). Jsou náchylné k dehydrogenacím za vzniku vodíku a polysilanů. Z tohoto důvodu je izolace silanů vyšších než heptasilan obtížná.^[7]

Silany lze připravovat Schlesingerovým procesem spočívajícím v reakci perchlorovaných silanů s hydridem lithnohlinitým.

Použití

Podrobnější informace naleznete v článku Silan#Využití.

Významné využití má SiH₄ v mikroelektronice. Pomocí organokovové epitaxe z plynné fáze se silan tepelným rozkladem přeměňuje na čistý křemík:

SiH₄ → Si + 2 H₂

Bezpečnost

Silan je ve směsi se vzduchem (1 až 98 % SiH₄) výbušný; podobné výbušné směsi vytváří i vyšší silany. Lehčí kapalné silany jsou vysoce hořlavé; nebezpečnost se zvyšuje s délkou křemíkového řetězce.