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tetracloruro de silicio

El tetracloruro de silicio o tetraclorosilano es el compuesto inorgánico de fórmula SiCl 4 . Es un líquido volátil incoloro que humea en el aire. Se utiliza para producir silicio y sílice de alta pureza para aplicaciones comerciales. Es parte de la familia de los clorosilanos .

Preparación

El tetracloruro de silicio se prepara mediante la cloración de diversos compuestos de silicio, como ferrosilicio , carburo de silicio o mezclas de dióxido de silicio y carbono. La ruta del ferrosilicio es la más común. [3]

En el laboratorio, el SiCl 4 se puede preparar tratando el silicio con cloro a 600 °C (1112 °F): [1]

Si + 2 Cl 2 → SiCl 4

Fue preparado por primera vez por Jöns Jakob Berzelius en 1823. [4]

La salmuera puede estar contaminada con sílice cuando la producción de cloro es un subproducto de un proceso de refinación de metales a partir de un mineral de cloruro metálico. En raras ocasiones, el dióxido de silicio de la sílice se convierte en tetracloruro de silicio cuando se electroliza la salmuera contaminada . [5]

Reacciones

Hidrólisis y reacciones relacionadas.

Al igual que otros clorosilanos o silanos , el tetracloruro de silicio reacciona fácilmente con el agua :

SiCl 4 + 2 H 2 O → SiO 2 + 4 HCl

Por el contrario, el tetracloruro de carbono no se hidroliza fácilmente. La reacción se puede notar al exponer el líquido al aire; el vapor produce humos al reaccionar con la humedad para dar un aerosol de ácido clorhídrico en forma de nube . [6]

Con alcoholes reacciona para dar ésteres de ortosilicato :

SiCl 4 + 4 ROH → Si(O) 4 + 4 HCl

Cloruros de polisilicio

A temperaturas más altas, se pueden preparar homólogos de tetracloruro de silicio mediante la reacción:

Si + 2 SiCl 4 → Si 3 Cl 8

De hecho, la cloración del silicio va acompañada de la formación de hexaclorodisilano Si 2 Cl 6 . Una serie de compuestos que contienen hasta seis átomos de silicio en la cadena se pueden separar de la mezcla mediante destilación fraccionada . [1]

Reacciones con otros nucleófilos.

El tetracloruro de silicio es un electrófilo clásico en su reactividad. [7] Forma una variedad de compuestos organosilícicos tras el tratamiento con reactivos de Grignard y compuestos de organolitio :

4 RLi + SiCl 4 → R 4 Si + 4 LiCl

La reducción con reactivos de hidruro produce silano .

Comparación con otros compuestos SiX 4

Usos

El tetracloruro de silicio se utiliza como intermediario en la fabricación de polisilicio , una forma hiperpura de silicio, [3] ya que tiene un punto de ebullición conveniente para la purificación mediante destilación fraccionada repetida . Se reduce a triclorosilano (HSiCl 3 ) mediante gas hidrógeno en un reactor de hidrogenación y se utiliza directamente en el proceso Siemens o se reduce aún más a silano (SiH 4 ) y se inyecta en un reactor de lecho fluidizado . El tetracloruro de silicio reaparece en ambos procesos como subproducto y se recicla en el reactor de hidrogenación. Se realizó una epitaxia en fase de vapor de reducción de tetracloruro de silicio con hidrógeno a aproximadamente 1250 °C:

SiCl
4(g) + 2H
2(g) → Si(s) + 4 HCl (g) a 1250°C [11]

El polisilicio producido se utiliza en grandes cantidades en forma de obleas en la industria fotovoltaica para células solares convencionales de silicio cristalino y también en la industria de semiconductores.

El tetracloruro de silicio también se puede hidrolizar a sílice pirógena . El tetracloruro de silicio de alta pureza se utiliza en la fabricación de fibras ópticas. Este grado debe estar libre de impurezas que contengan hidrógeno como el triclorosilano. Las fibras ópticas se fabrican mediante procesos como MCVD y OFD, donde el tetracloruro de silicio se oxida a sílice pura en presencia de oxígeno.

Como materia prima en la producción de sílice fundida .

Cuestiones ambientales y de seguridad

En China se ha informado de contaminación procedente de la producción de tetracloruro de silicio asociada con el aumento de la demanda de células fotovoltaicas que ha sido estimulada por programas de subvenciones. [12] La MSDS señala que se debe "¡evitar todo contacto! ¡En todos los casos consulte a un médico! (...) la inhalación provoca dolor de garganta y sensación de ardor". [13]

Ver también

Referencias

  1. ^ a b C PW Schenk (1963). "Fluoruro de fósforo (V)". En G. Brauer (ed.). Manual de química inorgánica preparativa, 2.ª edición . vol. 1. Nueva York, Nueva York: Prensa académica. págs. 282–683.
  2. ^ ab Zumdahl, SS (2009). Principios químicos (6ª ed.). Houghton Mifflin. pag. A22. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ ab Simmler, W. "Compuestos de silicio inorgánicos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a24_001. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Berzelius, Jac. (1824). "Undersökning af flusspatssyran och dess märkvärdigaste föreningar" [Examen del ácido fluorhídrico y sus compuestos más importantes]. Kongliga Vetenskapsakademiens Nya Handlingar [Nuevas actas de la Real Academia de Ciencias] . Tercera serie (en sueco). 12 : 46–98. De las págs. 57-58: " Då silicium upphettas i en ström ab chlor , tänder det sig och brinner, samt om gasen innehöll atm. luft, lemnar det kiseljord i form af ett ullikt skelett. […] Silicium glödgadt i en ström af gas yodo , har icke kunnat fås att dermed förbinda sig " (Cuando el silicio se calienta en una corriente de cloro , se enciende y arde, y si el gas contiene aire atmosférico, deja sílice en forma de un extraño "esqueleto"). ". Si el silicio se ha oxidado previamente en cierta medida, la tierra silícea también permanece. El silicio arde en cloro con la misma lentitud, haya perdido o no su inflamabilidad en el aire. El producto de la combustión se condensa y forma un líquido, el cual, liberado de él, debe ser incoloro. Este líquido es bastante volátil y de fácil fluidez; se evapora al aire libre, casi instantáneamente, con emisión de un humo blanco y con un residuo de tierra silícea. olor parecido al cianuro; precipitado en agua, flota rápidamente, se disuelve en su mayor parte, pero deja un poco de tierra silícea sin disolver; si la cantidad de agua es pequeña, por ejemplo una gota de cada uno, entonces el clorosilicio flota y la sílice queda sin disolver en un estado exfoliado y semitransparente. Este líquido es análogo a la combinación de otras sustancias electronegativas con cloro. Reacciona como ácido con el papel tornasol, de modo que, por su volatilidad, el papel enrojece a bastante distancia del punto de contacto. Es el segundo ejemplo conocido de un compuesto en el que el silicio es volátil. A la temperatura normal del aire, el potasio no actúa sobre él; pero si se calienta en gas de clorosilicio, se enciende y arde, con un residuo de potasio unido al silicio. No se pudo hacer que el silicio calentado en una corriente de yodo gaseoso se uniera con él.)
  5. ^ Blanco, George Clifford (1986). El manual de cloración (2ª ed.). Nueva York: Van Nostrand Reinhold. págs. 33–34. ISBN 0-442-29285-6.
  6. ^ Clugston, M.; Fleming, R. (2000). Química Avanzada . Prensa de la Universidad de Oxford. pag. 342.ISBN​ 978-0199146338.
  7. ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ ab Compuestos de silicio, haluros de silicio. Collins, W.: Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química; John Wiley & Sons, Inc, 2001.
  9. ^ "¿Cuál es la duración del enlace HH?". Respuestas.com .
  10. ^ Ebsworth, EAV en compuestos de silicio volátiles; Taube, H.; Maddock, AG; Química Inorgánica; Libro de prensa de Pergamon: Nueva York, NY, 1963; vol. 4.
  11. ^ Morgan, DV; Junta, K. (1991). Introducción a la microtecnología de semiconductores (2ª ed.). Chichester, West Sussex, Inglaterra: John Wiley & Sons. pag. 23.ISBN​ 0471924784.
  12. ^ "Las empresas de energía solar dejan atrás los residuos en China". El Washington Post . 9 de marzo de 2008.
  13. ^ "Tarjetas internacionales de seguridad química tetraclorosilano".