Tetrafluorsilan

Tetrafluorsilan (SiF₄), eine Siliciumverbindung aus der Gruppe der Siliciumtetrahalogenide. Es ist ein farbloses, giftiges, unbrennbares Gas. In der Halbleiterindustrie entsteht Siliciumtetrafluorid beim Entfernen von Siliciumdioxid-Schichten auf Wafern mittels Flusssäure.

Strukturformel
Keile zur Verdeutlichung der Geometrie
Allgemeines
Name	Tetrafluorsilan
Andere Namen	Silicium(IV)-fluorid Siliciumtetrafluorid
Summenformel	SiF4
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit stechendem Geruch[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7783-61-1 EG-Nummer 232-015-5 ECHA-InfoCard 100.029.104 PubChem 24556 Wikidata Q413140
Eigenschaften
Molare Masse	104,1 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	4,372 kg·m−3 (15 °C)[1]
Sublimationspunkt	−95,2 °C[1]
Löslichkeit	hydrolysiert in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 280​‐​330​‐​314 EUH: 071 P: 260​‐​280​‐​303+361+353+315​‐​304+340+315​‐​305+351+338+315​‐​403​‐​405[1]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Herstellung

Verfahren 1

Hergestellt wird es aus Calciumfluorid und Siliciumdioxid (Sand) mit konzentrierter Schwefelsäure. Folgende Reaktionen laufen ab: Umsetzung von Fluorit zu Fluorwasserstoff

${\displaystyle \mathrm {H_{2}SO_{4}+CaF_{2}\rightarrow 2\;HF+CaSO_{4}} }$

Der Fluorwasserstoff reagiert dann mit dem SiO₂

${\displaystyle \mathrm {4\;HF+SiO_{2}\rightarrow SiF_{4}+2\;H_{2}O} }$

Unter Säureüberschuss wird die Hydrolyse von SiF₄ verhindert.

Das so erhaltene SiF₄ ist allerdings nur 80 bis 90%ig. Es enthält sauerstoffhaltige Produkte wie F₃Si–O–SiF₃ oder F₃Si–O–SiF₂–O–SiF₃. Beim Transport von SiF₄ in Pipelines zerfallen diese Moleküle in SiF₄ und SiO₂. Dabei setzt das SiO₂ die Rohrleitungen zu. Die chemische Industrie hatte das Verfahren des Transportes von SiF₄ in Pipelines anstelle des gefährlicheren Fluorwasserstoffs entwickelt, um entferntere Produktionsstätten per Pipeline mit Fluoriden zu versorgen. Aufgrund der geschilderten Probleme fand dieses Verfahren jedoch keine Verbreitung.^[2]

Verfahren 2

Beim Erhitzen von Bariumhexafluorosilicat entsteht SiF₄, es kann auch Ammoniumhexafluorosilicat^[3] oder die Hexafluorokieselsäure selbst verwendet werden:^[4]

${\displaystyle \mathrm {BaSiF_{6}\rightarrow BaF_{2}+SiF_{4}\ } }$

${\displaystyle \mathrm {H_{2}SiF_{6}\rightarrow 2\ HF+SiF_{4}} }$

Verfahren 3

Im Labormaßstab lässt sich Tetrafluorsilan durch Umsetzung von Tetrachlorsilan mit Calciumfluorid bei 450 bis 500 °C darstellen:^[5]

${\displaystyle \mathrm {SiCl_{4}+2CaF_{2}\rightarrow SiF_{4}+\ 2\ CaCl_{2}} }$

Eigenschaften

Siliciumtetrafluorid hat einen stechenden Geruch und ist bei Feuchtigkeit stark rauchend, wobei der Rauch aus Fluorokieselsäure und Siliciumdioxid besteht.^[1] Es wechselt beim Abkühlen durch Resublimation von der gasförmigen Phase direkt in die feste Phase. Das Gas ist ab einem Druck von 50 atm verflüssigbar. Seine kritische Temperatur liegt bei −14,15 °C, sein kritischer Druck bei 37,2 bar, seine Tripelpunkttemperatur bei −86,8 °C und sein Tripelpunktdruck bei 2,240 bar.^[1]

Weblinks

Commons: Siliciumtetrafluorid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• International Chemical Safety Card (ICSC) für Tetrafluorosilane bei der International Labour Organization (ILO)