رابع كلوريد السيليكون

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

رباعي كلوريد السيليكون، أو رباعي كلورو سيلان، هو مركب غير عضوي صيغته الكيميائية SiCl₄ . وهو سائل متطاير عديم اللون يتصاعد منه الدخان في الهواء. يُستخدم في إنتاج السيليكون والسيليكا عاليي النقاء للتطبيقات التجارية. وهو ينتمي إلى عائلة الكلوروسيلان .

تحضير

يُحضّر رابع كلوريد السيليكون عن طريق كلورة مركبات السيليكون المختلفة مثل الفيروسليكون ، وكربيد السيليكون ، أو مخاليط ثاني أكسيد السيليكون والكربون. وتُعدّ طريقة الفيروسليكون هي الأكثر شيوعًا. [ 3 ]

في المختبر، يمكن تحضير SiCl 4 عن طريق معالجة السيليكون بالكلور عند 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت) : [ 1 ]  

Si + 2 Cl 2 → SiCl 4

تم إعداده لأول مرة بواسطة يونس ياكوب بيرزيليوس في عام 1823. [ 4 ]

قد يتلوث المحلول الملحي بالسيليكا عندما يكون إنتاج الكلور ناتجًا ثانويًا لعملية تكرير المعادن من خام كلوريد المعدن. وفي حالات نادرة، يتحول ثاني أكسيد السيليكون الموجود في السيليكا إلى رابع كلوريد السيليكون عند تحليل المحلول الملحي الملوث كهربائيًا . [ 5 ]

ردود الفعل

مثل غيره من الكلوروسيلانات أو السيلانات ، يتفاعل رباعي كلوريد السيليكون بسهولة مع الماء :

SiCl 4 + 2 H 2 O → SiO 2 + 4 HCl

يمكن ملاحظة التفاعل عند تعريض السائل للهواء، حيث ينتج بخار SiCl4 أبخرةً عند تفاعله مع الرطوبة ليُشكّل رذاذًا يشبه السحابة من السيليكا وحمض الهيدروكلوريك . [ 6 ] في المقابل، لا يتحلل رابع كلوريد الكربون بسهولة.

يتفاعل مع الكحولات ليعطي إسترات الأورثوسيليكات :

SiCl 4 + 4 ROH → Si(OR) 4 + 4 حمض الهيدروكلوريك

كلوريدات البولي سيليكون

عند درجات حرارة أعلى، يمكن تحضير متجانسات رباعي كلوريد السيليكون عن طريق التفاعل التالي:

Si + 2 SiCl 4 → Si 3 Cl 8

في الواقع، تترافق عملية كلورة السيليكون مع تكوين سداسي كلورو ثنائي السيلان Si₂Cl₆ . ويمكن فصل سلسلة من المركبات التي تحتوي على ما يصل إلى ست ذرات سيليكون في السلسلة من الخليط باستخدام التقطير التجزيئي . [ 1 ]

التفاعلات مع النيوكليوفيلات الأخرى

يُعدّ رباعي كلوريد السيليكون من المواد المحبة للإلكترونات الكلاسيكية في تفاعليته. [ 7 ] وهو يُشكّل مجموعة متنوعة من مركبات السيليكون العضوية عند معالجته بكواشف غرينيارد ومركبات الليثيوم العضوية :

4 RLi + SiCl 4 → R 4 Si + 4 LiCl

يؤدي الاختزال باستخدام كواشف الهيدريد إلى إنتاج السيلان .

مقارنة مع مركبات SiX 4 الأخرى

SiH 4SiF 4SiCl 4SiBr 4SiI 4
نقطة الغليان (درجة مئوية) [ 8 ]-111.9-90.356.8155.0290.0
نقطة الانصهار (درجة مئوية) [ 8 ]-185-95.0-68.85.0155.0
طول الرابطة Si-X (بالأنجستروم)>0.74 [ 9 ]1.552.022.202.43
طاقة الرابطة Si-X (كيلوجول/مول) [ 10 ]384582391310234

الاستخدامات

يُستخدم رابع كلوريد السيليكون كمادة وسيطة في تصنيع البولي سيليكون ، وهو شكل فائق النقاء من السيليكون، [ 3 ] نظرًا لانخفاض درجة غليانه مما يُسهّل تنقيته بالتقطير التجزيئي المتكرر . يُختزل إلى ثلاثي كلورو سيلان (HSiCl3 ) بواسطة غاز الهيدروجين في مفاعل الهدرجة، ويُستخدم إما مباشرةً في عملية سيمنز أو يُختزل لاحقًا إلى سيلان (SiH4 ) ويُحقن في مفاعل ذي طبقة مميعة . يظهر رابع كلوريد السيليكون مجددًا في كلتا العمليتين كمنتج ثانوي ويُعاد تدويره في مفاعل الهدرجة. وقد أُجريت عملية الترسيب البخاري لرباعي كلوريد السيليكون المختزل بالهيدروجين عند درجة حرارة 1250 درجة مئوية تقريبًا . 

SiCl4 (g) + 2H2 (g) → Si(s) + 4HCl(g) عند 1250 درجة مئوية [ 11 ]

يستخدم السيليكون متعدد البلورات المنتج على شكل رقائق بكميات كبيرة من قبل صناعة الخلايا الكهروضوئية للخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون البلوري ، وكذلك من قبل صناعة أشباه الموصلات.

يمكن أيضًا تحويل رابع كلوريد السيليكون إلى سيليكا مدخنة عن طريق التحلل المائي . يُستخدم رابع كلوريد السيليكون عالي النقاوة في صناعة الألياف البصرية. يجب أن يكون هذا النوع خاليًا من الشوائب المحتوية على الهيدروجين مثل ثلاثي كلورو سيلان. تُصنع الألياف البصرية باستخدام عمليات مثل الترسيب الكيميائي للبخار المعدل (MCVD) والترسيب الضوئي (OFD)، حيث يُؤكسد رابع كلوريد السيليكون إلى سيليكا نقية في وجود الأكسجين.

كمادة خام في إنتاج السيليكا المنصهرة .

قضايا السلامة والبيئة

تم الإبلاغ عن التلوث الناتج عن إنتاج رابع كلوريد السيليكون في الصين، والذي يرتبط بزيادة الطلب على الخلايا الكهروضوئية والذي حفزته برامج الدعم. [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 ب. و. شينك (1963). "فلوريد الفوسفور (V)". في ج. براور (محرر). دليل الكيمياء اللاعضوية التحضيرية، الطبعة الثانية . المجلد  1. نيويورك، نيويورك: أكاديميك برس. الصفحات 282-683 . 
  2. 1 2 زومدال، إس إس (2009). المبادئ الكيميائية ( الطبعة السادسة). هوتون ميفلين. ص. A22. ISBN   978-0-618-94690-7.
  3. 1 2 سيملر، دبليو. "مركبات السيليكون، غير العضوية". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. doi : 10.1002/14356007.a24_001 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  4. ^ بيرزيليوس، جاك. (1824). "Undersökning af Flusspatssyran och dess märkvärdigaste föreningar " [ فحص حمض الهيدروفلوريك وأهم مركباته ] . Kongliga Vetenskapsakademiens Nya Handlingar [وقائع جديدة للأكاديمية الملكية للعلوم] . السلسلة الثالثة (باللغة السويدية). 12 : 46 – 98. من الصفحات 57 إلى 58 : " من خلال إضافات السيليسيوم في رغوة الكلور ، حيث يتم استخدام القليل من الملح داخل ماكينة الصراف الآلي بالغاز . icke kunnat fås att dermed förbinda sig " (عندما يسخن السيليكون في تيار من الكلور يشتعل ويحترق، وكذلك إذا كان الغاز يحتوي على هواء جوي فإنه يترك السيليكا على شكل "هيكل عظمي" غريب). وإذا كان السيليكون قد تم أكسدةه مسبقًا إلى حد ما، فإن تراب السيليكا يبقى أيضًا. ويحترق السيليكون في الكلور بنسبة متساوية. البطء سواء فقد قابليته للاشتعال في الهواء أو لا. يتكثف ناتج الاحتراق مكونًا سائلًا، يكون عديم اللون عند فصله عنه. هذا السائل متطاير للغاية وسهل التدفق؛ يتبخر في الهواء الطلق، بشكل فوري تقريبًا، مصحوبًا بانبعاث دخان أبيض وبقايا من التربة السيليسية. له رائحة نفاذة، تشبه إلى حد ما رائحة السيانيد؛ عند ترسبه في الماء، يطفو بسرعة، ويذوب معظمه، لكنه يترك القليل من التربة السيليسية غير ذائبة؛ إذا كانت كمية الماء صغيرة، مثل قطرة واحدة من كل منهما، فإن كلوروسيليكون يطفو بينما تبقى السيليكا غير ذائبة في حالة متقشرة شبه شفافة. هذا السائل مشابه لمركب مواد أخرى سالبة الشحنة مع الكلور. يتفاعل مثل الحمض مع ورق عباد الشمس، بحيث يحمر الورق على مسافة بعيدة من نقطة التلامس بسبب تطايره. وهو ثاني مثال معروف لمركب يكون فيه السيليكون متطايرًا. في درجة حرارة الهواء العادية، لا يتفاعل البوتاسيوم معه؛ ولكن إذا سُخّن في غاز كلوروسيليكون، فإنه يشتعل ويحترق، تاركًا بقايا من البوتاسيوم المرتبط بالسيليكون. أما السيليكون المُسخّن في تيار من غاز اليود ، فلا يمكن جعله يرتبط به.
  5. ↑ وايت، جورج كليفورد (1986). دليل الكلورة ( الطبعة الثانية). نيويورك: فان نوستراند رينهولد. الصفحات 33-34 . ISBN   0-442-29285-6.
  6. ↑ كلوغستون، م.؛ فليمنغ، ر. (2000). الكيمياء المتقدمة . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 342. ISBN  978-0199146338.
  7. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  8. 1 2 مركبات السيليكون، هاليدات السيليكون. كولينز، دبليو: موسوعة كيرك-أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية؛ جون وايلي وأولاده، 2001.
  9. ↑ "ما هو طول الرابطة HH؟" . Answers.com .
  10. ↑ Ebsworth, EAV في مركبات السيليكون المتطايرة؛ Taube, H.؛ Maddock, AG؛ الكيمياء غير العضوية؛ كتاب بيرغامون برس: نيويورك، نيويورك، 1963؛ المجلد 4.
  11. ↑ مورغان، د. ف.؛ بورد، ك. (1991). مقدمة في تكنولوجيا أشباه الموصلات الدقيقة ( الطبعة الثانية). تشيتشستر، غرب ساسكس، إنجلترا: جون وايلي وأولاده. ص 23. ISBN   0471924784.
  12. ↑ "شركات الطاقة الشمسية تترك نفايات وراءها في الصين" . صحيفة واشنطن بوست . 9 مارس 2008.