Monosilan

Monosilan ist der einfachste Vertreter der Silane (auch Siliciumwasserstoffe genannt) und somit das Siliciumanalogon von Methan, CH₄. Es hat – im Gegensatz zu Methan – einen unangenehmen, abstoßenden Geruch.

Strukturformel
Keile zur Verdeutlichung der Geometrie
Allgemeines
Name	Monosilan
Andere Namen	Siliciumwasserstoff Silakan Siliciumhydrid Silan
Summenformel	SiH4
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit unangenehmem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7803-62-5 EG-Nummer 232-263-4 ECHA-InfoCard 100.029.331 PubChem 23953 Wikidata Q410572
Eigenschaften
Molare Masse	32,12 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	1,44 g·l−1 (1013 hPa, 0 °C)
Schmelzpunkt	−185 °C
Siedepunkt	−112 °C
Löslichkeit	rasche Hydrolyse in Wasser
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H: 220​‐​280 P: 210​‐​377​‐​381​‐​403
MAK	Schweiz: 0,5 ml·m−3 bzw. 0,7 mg·m−3
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Herstellung

Monosilan kann im Labor durch Reaktion von Magnesiumsilicid mit Salzsäure hergestellt werden. Technische Herstellungsverfahren beruhen auf der Hydrierung von Siliciumtetrachlorid mit Lithiumhydrid im Lithiumchlorid/Kaliumchlorid-Eutektikum,

$\mathrm {SiCl_{4}\ +\ 4\ LiH\longrightarrow \ SiH_{4}\ +\ 4\ LiCl}$

bzw. auf der Dismutation von Hydrogenchlorsilanen, wie z. B. Trichlorsilan.

Chemische Eigenschaften

Monosilan ist hoch entzündlich und pyrophor, d. h., Monosilan entzündet sich an der Luft selbst. Bei der Verbrennung entstehen Siliciumdioxid und Wasserdampf.

$\mathrm {SiH_{4}+2\,O_{2}\rightarrow SiO_{2}+2\,H_{2}O\ \quad \Delta H\ll 0}$

In Wasser bei einem pH-Wert oberhalb von 7 zersetzen sich Silane zu Kieselsäure und Wasserstoff:

$\mathrm {SiH_{4}+4\,H_{2}O\ _{\overrightarrow {\mathrm {pH\ >\ 7} }}\ Si(OH)_{4}+4\,H_{2}}$

Monosilan und Wasser bilden Kieselsäure und Wasserstoff.

Unter Luft- und Feuchtigkeitsausschluss ist Monosilan bis ca. 300 °C stabil. Darüber tritt Zerfall in Silicium und Wasserstoff ein.

$\mathrm {SiH_{4}\rightarrow Si+2\,H_{2}\ }$

Durch Einwirkung von Halogenen oder Halogenwasserstoff in Gegenwart von Aluminiumchlorid lassen sich die Wasserstoffatome der Reihe nach ersetzen.

$\mathrm {SiH_{4}+\ HCl\ {\xrightarrow {>100\,{}^{\circ }C}}\ ClSiH_{3}+\,H_{2}}$

Bei der Umsetzung von Monosilan mit Alkalimetallen z. B. in Ethylenglycoldimethylether bilden sich die Silylverbindungen der entsprechenden Metalle:

$\mathrm {SiH_{4}+\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+\,0.5\ H_{2}}$

$\mathrm {SiH_{4}+\ 2\ K\ {\xrightarrow {}}\ KSiH_{3}+\,KH}$

Die UN-Nummer von Monosilan ist 2203, der Gefahrzettel 2.1.

Verwendung

Monosilan wird zur Abscheidung von Silicium-, Siliciumoxid- und Siliciumnitridschichten verwendet. Daher wird Monosilan hauptsächlich in der Halbleiterfertigung oder bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt.

Einzelnachweise

Silane

Monosilan | Disilan | Trisilan | Tetrasilan | Pentasilan | Hexasilan