Hispanopedia WikiEl tetracloruro de silicio o tetraclorosilano es un compuesto inorgánico con la fórmula SiCl₄ . Es un líquido volátil incoloro que emite vapores en presencia de aire. Se utiliza para producir silicio y sílice de alta pureza para aplicaciones comerciales. Pertenece a la familia de los clorosilanos .
Preparación
El tetracloruro de silicio se prepara mediante la cloración de diversos compuestos de silicio, como el ferrosilicio , el 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 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 contaminarse con sílice cuando la producción de cloro es un subproducto de un proceso de refinación de metales a partir de mineral de cloruro metálico. En raras ocasiones, el dióxido de silicio presente en la sílice se convierte en tetracloruro de silicio cuando la salmuera contaminada se somete a electrólisis . [ 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
La reacción se puede observar al exponer el líquido al aire, ya que el vapor de SiCl 4 produce humos al reaccionar con la humedad para dar un aerosol similar a una nube de sílice y ácido clorhídrico . [ 6 ] En contraste, el tetracloruro de carbono no se hidroliza fácilmente.
Con alcoholes reacciona para dar ésteres de ortosilicato :
- SiCl 4 + 4 ROH → Si(O) 4 + 4 HCl
cloruros de polisilicio
A temperaturas más elevadas, se pueden preparar homólogos del tetracloruro de silicio mediante la siguiente reacción:
- Si + 2 SiCl 4 → Si 3 Cl 8
De hecho, la cloración del silicio va acompañada de la formación de hexaclorodisilano Si₂Cl₆ . Mediante destilación fraccionada se puede separar de la mezcla una serie de compuestos que contienen hasta seis átomos de silicio en la cadena . [ 1 ]
Reacciones con otros nucleófilos
El tetracloruro de silicio es un electrófilo clásico en su reactividad. [ 7 ] Forma una variedad de compuestos organosilícicos al ser tratado 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 su purificación mediante destilación fraccionada repetida . Se reduce a triclorosilano (HSiCl₃ ) mediante hidrógeno gaseoso en un reactor de hidrogenación, y se utiliza directamente en el proceso Siemens o se reduce aún más a silano (SiH₄ ) 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 epitaxia en fase gaseosa de reducción de tetracloruro de silicio con hidrógeno a aproximadamente 1250 °C:
- SiCl4 (g) + 2H2 (g) → Si(s) + 4HCl(g) a 1250°C [ 11 ]
El polisilicio producido se utiliza en grandes cantidades en forma de obleas por la industria fotovoltaica para las células solares convencionales fabricadas con silicio cristalino , y también por la industria de los semiconductores.
El tetracloruro de silicio también puede hidrolizarse para obtener sílice pirogénica . 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, en los que el tetracloruro de silicio se oxida a sílice pura en presencia de oxígeno.
Como materia prima en la producción de sílice fundida .
Cuestiones de seguridad y medio ambiente
Se ha informado de contaminación derivada de la producción de tetracloruro de silicio en China, asociada al aumento de la demanda de células fotovoltaicas estimulado por programas de subvenciones. [ 12 ]
Véase también
Referencias
- 1 2 3 P. W. Schenk (1963). "Fluoruro de fósforo(V)". En G. Brauer (ed.). Manual de química inorgánica preparativa, 2.ª ed . Vol. 1. Nueva York, NY: Academic Press. págs. 282–683 .
- 1 2 Zumdahl, SS (2009). Principios de química (6.ª ed.). Houghton Mifflin. pág. A22. ISBN 978-0-618-94690-7.
- 1 2 Simmler, W. "Compuestos de silicio, inorgánicos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a24_001 . ISBN 978-3-527-30673-2.
- ^ 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 páginas 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 iod gas, har icke kunnat fås att dermed förbinda sig. " (Cuando el silicio se calienta en una corriente de cloro , se enciende y arde, así como si el gas contuviera aire atmosférico, deja sílice en forma de un extraño "esqueleto". Si el silicio se oxidó previamente en cierta medida, entonces también queda tierra silícea. El silicio arde en cloro con igual lentitud, haya perdido o no su inflamabilidad en el aire. El producto de la combustión es Se condensa y forma un líquido que, al liberarse de él, debe ser incoloro. Este líquido es bastante volátil y de fácil flujo; se evapora al aire libre casi instantáneamente, con la emisión de un humo blanco y con un residuo de tierra silícea. Tiene un olor penetrante, algo 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 al compuesto de otras sustancias electronegativas con cloro. Reacciona como un ácido con el papel tornasol, de modo que, debido a su volatilidad, el papel se 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 el gas de clorosilicio, Se inflama y arde, dejando un residuo de potasio unido al silicio. El silicio calentado en una corriente de gas yodo no pudo unirse a él.
- ↑ White, George Clifford (1986). Manual de cloración (2.ª ed.). Nueva York: Van Nostrand Reinhold. págs. 33–34 . ISBN 0-442-29285-6.
- ↑ Clugston, M.; Flemming, R. (2000). Química avanzada . Oxford University Press. pág. 342. ISBN 978-0199146338.
- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
- 1 2 Compuestos de silicio, haluros de silicio. Collins, W.: Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química; John Wiley & Sons, Inc, 2001.
- ↑ "¿Cuál es la longitud del enlace HH?" . Answers.com .
- ↑ Ebsworth, EAV En Compuestos de silicio volátiles; Taube, H.; Maddock, AG; Química inorgánica; Libro de Pergamon Press: Nueva York, NY, 1963; Vol. 4.
- ↑ Morgan, DV; Board, K. (1991). Introducción a la microtecnología de semiconductores (2.ª ed.). Chichester, West Sussex, Inglaterra: John Wiley & Sons. pág. 23. ISBN 0471924784.
- ↑ "Las empresas de energía solar dejan residuos en China" . The Washington Post . 9 de marzo de 2008.
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