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Tetrafluoruro de silicio

El tetrafluoruro de silicio o tetrafluorosilano es un compuesto químico con la fórmula SiF4 . Este gas incoloro se caracteriza por tener un rango de líquido estrecho: su punto de ebullición está solo 4 °C por encima de su punto de fusión. Fue preparado por primera vez en 1771 por Carl Wilhelm Scheele disolviendo sílice en ácido fluorhídrico , [5] y luego sintetizado por John Davy en 1812. [6] Es una molécula tetraédrica y es corrosiva. [7]

Aparición

Las columnas volcánicas contienen cantidades significativas de tetrafluoruro de silicio. La producción puede alcanzar varias toneladas por día. [8] Algunas cantidades también se emiten a partir de incendios espontáneos de carbón. [9] El tetrafluoruro de silicio se hidroliza parcialmente y forma ácido hexafluorosilícico .

Preparación

SiF
4es un subproducto de la producción de fertilizantes fosfatados por proceso húmedo , resultante del ataque del HF (derivado de la protonólisis de la fluorapatita ) sobre los silicatos , que están presentes como impurezas en las rocas fosfóricas . [10] El ácido fluorhídrico y el dióxido de silicio (SiO 2 ) reaccionan para producir ácido hexafluorosilícico : [10]

6HF + SiO2 → H2SiF6 + 2 H2O​

En el laboratorio, el compuesto se prepara calentando hexafluorosilicato de bario (Ba[SiF 6 ]) a más de 300 °C (572 °F), tras lo cual el sólido libera SiF volátil.
4, dejando un residuo de BaF2.

Ba[SiF 6 ] + 400°C → BaF 2 + SiF 4

Alternativamente, el hexafluorosilicato de sodio ( Na 2 [SiF 6 ] ) también puede descomponerse térmicamente a 400 °C (752 °F)—600 °C (1112 °F) (opcionalmente en una atmósfera de gas nitrógeno inerte) [11] : 8 

Na 2 [SiF 6 ] + 400°C → 2 NaF + SiF 4

Usos

Este compuesto volátil tiene un uso limitado en microelectrónica y síntesis orgánica . [12]

También se utiliza en la producción de ácido fluorosilícico (ver arriba). [7]

En la década de 1980, como parte del Proyecto de paneles solares de bajo costo del Laboratorio de Propulsión a Chorro , [13] se investigó como una materia prima potencialmente barata para la producción de silicio policristalino en reactores de lecho fluidizado . [14] Se patentaron pocos métodos que lo utilizaban para dicho proceso de producción. [11] [15]

El proceso de Ethyl Corporation

En los años 80, la Ethyl Corporation ideó un proceso que utiliza ácido hexafluorosilícico e hidruro de sodio y aluminio (NaAlH 4 ) (u otro hidruro de metal alcalino ) para producir silano (SiH 4 ). [16]

Seguridad

En 2001, las autoridades de Nueva Jersey lo clasificaron como una sustancia peligrosa corrosiva que puede irritar gravemente o incluso quemar la piel y los ojos. [7] Es mortal si se inhala. [3]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lide, David R.; Kehiaian, Henry V. (1994). Manual CRC de datos termofísicos y termoquímicos (PDF) . CRC Press. pág. 28.
  2. ^ Compuestos de silicio, haluros de silicio. Collins, W.: Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química; John Wiley & Sons, Inc, 2001.
  3. ^ ab "FICHA DE DATOS DE SEGURIDAD: Tetrafluoruro de silicio" (PDF) . Airgas . 9 de abril de 2018.
  4. ^ "Fluoruros (como F)". Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud (IDLH) . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  5. ^ Greenwood y Earnshaw 1997, pág. 328.
  6. ^ John Davy (1812). "Un relato de algunos experimentos sobre diferentes combinaciones de ácido fluorhídrico". Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 102 : 352–369. doi : 10.1098/rstl.1812.0020 . ISSN  0261-0523. JSTOR  107324.
  7. ^ abc "Hoja informativa sobre sustancias peligrosas" (PDF) . Departamento de Salud y Servicios para Personas Mayores de Nueva Jersey. Noviembre de 2001.
  8. ^ T. Mori; M. Sato; Y. Shimoike; K. Notsu (2002). "Se detectó una alta relación SiF4/HF en la columna del volcán Satsuma-Iwojima mediante observación remota con FT-IR" (PDF) . Earth Planets Space . 54 (3): 249–256. Bibcode :2002EP&S...54..249M. doi : 10.1186/BF03353024 . S2CID  55173591.
  9. ^ Kruszewski, Ł., Fabiańska, MJ, Ciesielczuk, J., Segit, T., Orłowski, R., Motyliński, R., Moszumańska, I., Kusy, D. 2018 – Primera exploración con múltiples herramientas de un sistema de gas-condensado-pirolisato del entorno de pilas de minas de carbón en llamas: un estudio in situ de FTIR y GC y PXRD de laboratorio basado en materiales de la Alta Silesia. Science of the Total Environment, 640-641, 1044-1071; DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.05.319
  10. ^ ab Hoffman, CJ; Gutowsky, HS (1953). "Fluoruro de germanio (IV)". Síntesis inorgánica . Vol. 4. págs. 147-8. doi :10.1002/9780470132357.ch48. ISBN 978-0-470-13163-3.
  11. ^ ab Us Granted A345458, Keith, C. Hansen y L. Yaws, Carl, "Patente de generación de tetrafluoruro de silicio", publicada el 3 de enero de 1982, concedida en 1982 
  12. ^ Shimizu, M. "Fluoruro de silicio (IV)" Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica, 2001 John Wiley & Sons. doi :10.1002/047084289X.rs011
  13. ^ Callaghan, William T. (1981). "Proyecto de paneles solares de bajo coste: progreso y planes". En Palz, W. (ed.). Conferencia sobre energía solar fotovoltaica . Dordrecht: Springer Netherlands. págs. 279–286. doi :10.1007/978-94-009-8423-3_40. ISBN 978-94-009-8423-3.
  14. ^ Acharya, HN; Datta, SK; Banerjee, HD; Basu, S. (1982-09-01). "Preparación a baja temperatura de silicio policristalino a partir de tetracloruro de silicio". Materials Letters . 1 (2): 64–66. Bibcode :1982MatL....1...64A. doi :10.1016/0167-577X(82)90008-8. ISSN  0167-577X.
  15. ^ CA 2741023A1, Anatoli, V. Pushko y Tozzoli, Silvio, "Método para la producción de silicio policristalino", publicado en 2008 
  16. ^ "El proceso de Ethyl Corporation: silano y reactor de lecho fluidizado". 11 de agosto de 2015.