硅与碳相似,具有一系列氢化物,但由于硅自相结合成链的能力较差,所以生成的氢化物较少。目前已经制得的硅烷不到12种,其中包括SiH4、Si2H6、Si3H8、Si4H10、Si5H12和Si6H14等,可以用通式SinH2n+2(7≥n≥1)来表示。硅烷的结构与烷烃相似,也被称为甲硅烷。
为了制取硅烷,常常使用金属硅化物与酸反应的方法。例如:
Mg2Si+4HCl=SiH4↑+2MgCl2
或者使用强还原剂LiAlH4还原硅的卤化物。
2Si2Cl6(l)+3LiAlH4(s)=2Si2H6(g)+3LiCl(s)+3AlCl3(s)
硅烷是无色无臭的气体(SiH4和Si2H6)或液体。它们可以溶于有机溶剂,且具有较低的熔点和沸点。与相应的烷烃相比,硅烷具有更活泼的化学性质,主要表现在以下几个方面:
(1)硅烷具有较强的还原性,能与O2或其他氧化剂发生剧烈反应。在空气中可以自燃,燃烧时放出大量热量,生成SiO2。例如:
SiH4+2O2=(燃烧)SiO2+2H2O △H°=-1430kJ·mol-1
硅烷还可以与一般氧化剂反应。例如:
SiH4+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O
SiH4+8AgNO3+2H2O=8Ag↓+SiO2↓+8HNO3
前一个反应可以用于检验硅烷。
(2)硅烷在纯水中不发生水解反应。但是当水中存在微量碱时,由于碱的催化作用,水解反应会剧烈进行。
SiH4+(n+2)H2O=(碱)SiO2·nH2O↓+4H2↑
(3)所有硅烷的热稳定性都很差,分子量较大的硅烷稳定性更差。高硅烷经适当加热后会分解为低硅烷。低硅烷(如SiH4)在温度高于773K时会分解为单质硅和氢气。
SiH4=(>773K)Si+2H2↑
硅烷被广泛应用于制备高纯度的硅。硅的纯度越高,大规模集成电路的性能就越好。