硅烷是一种无机化合物，化学式为 SiH4，是一种 14 族氢化物。 它是一种无色、自燃的气体，具有刺鼻、令人厌恶的气味，有点类似于乙酸的气味。 硅烷作为元素硅的前体具有实际意义。

“硅烷”是指在硅上具有四个取代基的许多化合物，包括有机硅化合物。 例子包括三氯硅烷(SiHCl 3 )、四甲基硅烷(Si(CH 3 ) 4 )和四乙氧基硅烷(Si(OC 2 H 5 ) 4 )。

生产

商业规模航线

另请参阅：直接过程

硅烷可以通过多种途径生产。通常，它是由氯化氢与硅化镁的反应产生的：

Mg2Si + 4 HCl → 2 MgCl2 + SiH4

它也是由冶金级硅通过两步工艺制备而成。 首先，根据化学方程式，在约 300 °C 下用氯化氢处理硅，生成三氯硅烷 (HSiCl3) 以及氢气：

Si + 3 HCl → HSiCl3 + H2

然后将三氯硅烷转化为硅烷和四氯化硅的混合物。 这种再分配反应需要催化剂：

4 HSiCl3 → SiH4 + 3 SiCl4

该过程最常用的催化剂是金属卤化物，特别是氯化铝。 这被称为重新分布反应，它是涉及相同中心元件的双重位移。 即使硅的氧化数没有变化（硅在所有三种物质中的标称氧化数为 IV），也可以将其视为歧化反应。 然而，氧化数概念对于共价分子（甚至极性共价分子）的实用性是不明确的。 硅原子可以合理地解释为在 SiCl4 中具有最高的形式氧化态和部分正电荷，在 SiH4 中具有最低的形式氧化态，因为 Cl 的电负性远高于 H。

另一种制备非常高纯度硅烷的工业工艺，适用于生产半导体级硅，从冶金级硅、氢气和四氯化硅开始，涉及一系列复杂的再分配反应（产生的副产物可在 过程）和蒸馏。 反应总结如下：

Si + 2 H2 + 3 SiCl4 → 4 SiHCl3

2 SiHCl3 → SiH2Cl2 + SiCl4

2 SiH2Cl2 → SiHCl3 + SiH3Cl

2 SiH3Cl → SiH4 + SiH2Cl2

通过该路线生产的硅烷可以热分解一次生产高纯硅和氢气。

还有其他生产硅烷的工业路线包括用氢化钠 (NaH) 还原 SiF4 或用氢化铝锂 (LiAlH4) 还原 SiCl4。

硅烷的另一种商业生产涉及在高压下在氯化铝 (AlCl3) 和氯化铝 (AlCl3) 混合物中的 Al 和 H2 气体下还原二氧化硅 (SiO2)：

3 SiO2 + 6 H2 + 4 Al → 3 SiH4 + 2 Al2O3

实验室规模的路线

1857年，德国化学家Heinrich Buff和Friedrich Woehler在他们先前制备的硅化铝与盐酸作用形成的产物中发现了硅烷。 他们将这种化合物称为硅脲氢。

对于课堂演示，可以通过将砂子与镁粉加热以产生硅化镁 (Mg2Si)，然后将混合物倒入盐酸中来生产硅烷。 硅化镁与酸反应产生硅烷气体，硅烷气体与空气接触时燃烧并产生微小爆炸。 这可以归类为非均相[需要澄清]酸碱化学反应，因为 Mg2Si 反萤石结构中孤立的 Si4 - 离子可以充当能够接受四个质子的 Brønsted-Lowry 碱。 可以写成：

4 HCl + Mg2Si → SiH4 + 2 MgCl2

一般来说，碱土金属形成具有以下化学计量的硅化物：MII2Si、MIISi和MIISi2。 在所有情况下，这些物质都会与布朗斯台德-洛瑞酸反应，产生某种类型的硅氢化物，该氢化物取决于硅化物中的硅阴离子连接性。 可能的产物包括SiH4和/或同系SinH2n+2中的更高分子、聚合氢化硅或硅酸。 因此，MIISi 及其锯齿形的 Si2 - 阴离子链（每个 Si 阴离子上包含两个可以接受质子的孤对电子）产生聚合氢化物 (SiH2)x。

另一种小规模生产硅烷的途径是钠汞齐与二氯硅烷 SiH2Cl2 作用，生成甲硅烷以及一些黄色聚合氢化硅 (SiH)x。

特性

硅烷是甲烷的硅类似物。 由于氢的电负性比硅更大，因此这种 Si-H 键的极性与甲烷的 C-H 键的极性相反。 这种相反极性的结果之一是硅烷更容易与过渡金属形成络合物。 第二个结果是硅烷会自燃