甲硅烷

甲硅烷（英语：Silane），也称甲矽烷、矽甲烷，化学式为SiH₄，是一种硅烷；有时也被简称为硅烷（勿混淆）。它的结构与甲烷类似，只是用硅取代了甲烷中的碳。在室温下，硅烷是一种易燃的气体，在空气中，无需外加火源，硅烷就可以自燃。但是有学者认为，硅烷本身是很稳定的，在自然状态下，是以聚合物的状态存在的。在超过420摄氏度的环境下，硅烷会分解成硅和氢，因此硅烷可以被用来以薄膜沉积提纯硅，是半导体工业重要的特用电子级气体之一^[5]。

提示：此条目页的主题不是甲基硅烷。

甲硅烷
甲硅烷 硅烷
IUPAC名 silicane
别名	硅化氢 硅烷
识别
CAS号	7803-62-5  Y
PubChem	23953
ChemSpider	22393
SMILES	[SiH4]
InChI	1/H4Si/h1H4
InChIKey	BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYAE
Gmelin	273
UN编号	2203
ChEBI	29389
RTECS	VV1400000
性质
化学式	SiH4
摩尔质量	32.12 g·mol⁻¹
外观	无色气体
密度	0.7 g/ml（液态） 1.313 g L−1（气态）[1]
熔点	−185 °C（88 K）（[1]）
沸点	−111.9 °C（161 K）（[1]）
溶解性（水）	缓慢水解[1]
结构
分子构型	正四面体 Si-H键长 1.4798 Å[2]
偶极矩	0 D
热力学[3]
ΔfHm⦵298K	34.31 kJ/mol
S⦵298K	204.61 J/mol·K
热容	42.81 J/mol·K
危险性
GHS危险性符号
GHS提示词	Danger
H-术语	H220, H280
P-术语	P210, P222, P230, P280, P377, P381, P403, P410+403
主要危害	极易燃烧，在空气中自燃
NFPA 704	4 2 3
爆炸极限	1.37–100%
PEL	无[4]
相关物质
相关氢化物	甲烷、甲锗烷
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

甲硅烷是在1857年由德国化学家海因里希·布夫（Heinrich Buff）和弗里德里希·维勒（Friedrich Wöhler）通过盐酸和硅化铝反应发现的。^[6]

制备

工业上，多晶块状硅首先在摄氏200度置于流床反应器下化合：硅与通入的氯化氢形成三氯硅烷和氢气。反应式如下：

${\displaystyle {\ce {Si + 3 HCl -> HSiCl3 + H2}}}$

将经过蒸馏纯化的三氯化硅置于有催化剂的resinous bed反应器而产生歧化反应，形成硅烷和四氯化硅。反应式如下：

${\displaystyle {\ce {4 HSiCl3 -> SiH4 + 3SiCl4}}}$

此反应的催化剂常以金属卤化物为主，尤其是氯化铝。

安全

甲硅烷会在54 °C（129 °F）下自燃。^[7]至今已有多起因甲硅烷泄漏导致的燃烧和爆炸引起的伤亡事故。^[8][9][10]

${\displaystyle {\ce {SiH4 + 2 O2 -> SiO2 + 2 H2O}}}$     ${\displaystyle \Delta H=-1517{\text{ kJ/mol }}=-47.23{\text{ kJ/g}}}$

相较于纯甲硅烷，经非活性气体（如氮气和氩气）稀释的甲硅烷暴露于空气时更容易燃烧，在纯氮里只要加入1%的矽烷和就有可能引发爆炸。^[11]

和甲烷不同，甲硅烷是剧毒，大鼠暴露于4小时的甲硅烷中的致死剂量（LC₅₀）是0.96%（9,600 ppm）。另外，甲硅烷接触眼睛产生的硅酸会刺激眼睛。^[12]

参见

• 矽烷
• 乙矽烷

参考资料

1. Haynes 2011，第4.87页.
2. Haynes 2011，第9.29页.
3. Haynes 2011，第5.14页.
4. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0556. NIOSH.
5. 台灣特品化學公司 (PDF). [2018-07-02]. （原始内容 (PDF)存档于2015-09-21）.
6. Mellor, J. W. "A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry", vol. VI, Longmans, Green and Co. (1947), p. 216.
7. Silane MSDS 互联网档案馆的存档，存档日期2014-05-19.
8. Chen, J. R. Characteristics of fire and explosion in semiconductor fabrication processes. Process Safety Progress. 2002, 21 (1): 19–25. S2CID 110162337. doi:10.1002/prs.680210106.
9. Chen, J. R.; Tsai, H. Y.; Chen, S. K.; Pan, H. R.; Hu, S. C.; Shen, C. C.; Kuan, C. M.; Lee, Y. C. & Wu, C. C. Analysis of a silane explosion in a photovoltaic fabrication plant. Process Safety Progress. 2006, 25 (3): 237–244. S2CID 111176344. doi:10.1002/prs.10136.
10. Chang, Y. Y.; Peng, D. J.; Wu, H. C.; Tsaur, C. C.; Shen, C. C.; Tsai, H. Y. & Chen, J. R. Revisiting of a silane explosion in a photovoltaic fabrication plant. Process Safety Progress. 2007, 26 (2): 155–158. S2CID 110741985. doi:10.1002/prs.10194.
11. Kondo, S.; Tokuhashi, K.; Nagai, H.; Iwasaka, M. & Kaise, M. Spontaneous Ignition Limits of Silane and Phosphine. Combustion and Flame. 1995, 101 (1–2): 170–174. doi:10.1016/0010-2180(94)00175-R.
12. MSDS for silane (PDF). vngas.com. 原始内容存档于2009-02-20.

延伸阅读

• Haynes, William M. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 92nd. CRC Press. 2011. ISBN 978-1439855119.

外部链接

• organofunctional silanes from Degussa AG （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• organofunctional silanes for building protection - water repellents - masonry protection - Graffiti Controll - sealer - easy to clean surface from Degussa AG （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• http://www.siridion.com （页面存档备份，存于互联网档案馆） chlorosilanes for telecommunication and electronic materials from Degussa
• 以硅烷化合物制备多晶矽原料