硅烷SiH₄

1.别名·英文名

单硅烷、硅甲烷、甲硅烷、四氢化硅；Silane、Monosilane、Sil-icon tetrahydride、Silicon hydride．

2.用途

氯硅烷类及烷基氯硅烷类的骨架结构，硅的外延生长、多晶硅、氧化硅、氮化硅等的原料，太阳能电池，光导纤维，有色玻璃制造，化学气相淀积。

3.制法

(1)硅化镁法：把硅和镁的混合粉末在约500℃的氢气中反应，把生成的硅化镁和氯化铵在低温液态氨中反应，可得到硅烷。把它在用液氮冷却的蒸馏装置中精制后可得到纯硅烷。

(2)不均化反应法：把硅粉末、四氯化硅和氢在加热到500℃以上的流动床炉中反应，得到三氯硅烷。用蒸馏法分离三氯硅烷。在催化剂存在下通过不均化反应得到二氯硅烷。所得的二氯硅烷为与四氯化硅、三氯硅烷的混合物，所以用蒸馏法精制后得纯二氯硅烷。使用不均化反应催化剂由二氯硅烷得三氯硅烷和单硅烷。所得的单硅烷用低温高压蒸馏装置提纯。

(3)用盐酸处理硅镁合金。

Mg₂Si+4HCl—→2MgCl₂+SiH₄

(4)硅镁合金与溴化铵在液氨中反应。

(5)以氢化铝锂、氢化硼锂等作为还原剂，在乙醚中还原四氯硅烷或三氯硅烷。

4.理化性质

分子量： 32.118

熔点(101.325kPa)： -185.0℃

沸点(101.325kPa)： -111.5℃

液体密度(-185℃)： 711kg/m³

气体密度(0℃，100kPa)： 1.42kg/m³

相对密度(气体，空气=1，20℃，101.325kPa)：1.114

比容(21.1℃，101.325kPa)： 0.7518m/kg

气液容积比(15℃，100kPa)：412L/L

临界温度： -3.4℃

临界压力：4843kPa

临界密度： 242kg/m³

压缩系数：

熔化热(-186.40℃，<0.1kPa)： 24.62 kJ/kg

气化热(-111.40℃，101.325kPa)：342.89kJ/kg

比热容(气体，25℃，101.325kPa)： Cp=1333.96 J/(kg·K)

蒸气压(-168℃)： 1.33kPa

(-60℃)： 1040kPa

(-10℃)： 4150kPa

粘度(101.325kPa，0℃)：0.0108mPa·S

表面张力(-111.4℃，101325kPa)：15.11mN/m

导热系数(101.325kPa，0℃)：0.01918 w/(m·K)

爆炸界限：0.8%～98%

火灾危险度： 大

硅烷在常温常压下为具有恶臭的无色气体。在室温下着火，在空气或卤素气体中发生爆炸性燃烧。即使用其它气体稀释，如果浓度不够低．仍能自燃。硅烷在氩气中含2%、氮气中含2.5%、氢气中含1%时，它仍能着火。硅烷浓度在小于1%时不燃，大于3%时自燃，1%～3%时可能燃烧。

SiH₄+2O₂—→SiO₂+2H₂O

燃烧产物为粉状氧化硅和水，火焰温度较低，在氩气中含3%硅烷时为500～600℃。常温下稳定，在300℃开始分解，600℃时分解加速，1000℃时完全分解成硅和氢。

SiH4—→Si+2H2

在中性或酸性水中比较稳定，但是在碱性水溶液中容易分解。

SiH₄+2H₂O—→SiO₂+4H₂

SiH₄+2KOH+H₂O—→K₂SiO₃+4H₂

硅烷是强还原剂，与重金属卤化物激烈反应，与氯、溴发生爆炸性反应，与四氯化碳激烈反应。因此对硅烷不能使用氟里昂灭火剂。硅烷不溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿和四氯化硅。不与润滑油、脂肪反应。对几乎所有的金属无腐蚀性。有时，玻璃中的碱成分也能分解硅烷。溶解在二硫化碳中的硅烷遇到空气也可发生爆炸。

硅烷与一些物质混合接触时的危险性如下表所示。

5.毒性

小鼠--吸入LCLo：9600 ppm·4小时

有毒气体范围：>0.25ppm

最商容许浓度：0.5ppm(0.7mg/m³)

硅烷能强烈刺激呼吸道。吸入硅烷及其燃烧产物引起的中毒症状有头疼、眩晕、发热、恶心、出汗、苍白、危脉、半晕厥状态等。

6.安全防护

工作场所要通风，保持室内空气干燥。装置要严格密封，避免和空气、水分相接触，为此，用气装置在使用前要用惰性气体置换里面的空气后抽真空，这样反复进行置换和抽真空，一定要彻底清除系统中的空气和水分。装置使用以后，也要用惰性气体置换清洗系统中的硅烷。可以用氦探漏器探漏。少量硅烷泄漏时，从氧化硅粉末的折出中也可以得知。钢瓶要存放在阴凉干燥通风良好之处，要远离热源和氯、溴等氧化剂。工作场所要配备足够的防护用品及应急用品。

硅烷本身无腐蚀性，可以使用碳钢、不锈钢、铜、黄铜、蒙乃尔、耐蚀镍基合金。也可用聚四氟乙烯、聚三氟氯化乙烯聚合体、尼龙、三氟氯乙烯树脂、聚乙烯、聚酯、石英玻璃。不能用铅、橡胶、脂肪、润滑油、玻璃。凡是可燃性的有机高分子材料应该避免使用。

当硅烷大量泄漏时。紧接着就要着火，所以无法用灭火器灭火。但是可以控制火势，使火灾不向周围蔓延。燃烧时辐射热不太高，所以应尽可能去关闭阀门以止住气体的流出。可用白雪石粉或石墨粉熄火。废气可用水或碱吸收，或者在特殊燃烧器中燃烧成SiO₂之后用专门的过滤器捕捉。