硅与碳相似,有一系列氢化物,不过由于硅自相结合成链的能力比碳差,生成的氢化物要少得多。到目前为止,已制得的硅烷不到12个,其中熟悉的有SiH4、Si2H6、Si3H8,Si4H10、Si5H12以及Si6H14等,即一硅烷到六硅烷,可以用通式SinH2n+2(7≥n≥1)来表示。硅烷的结构与烷烃相似。一硅烷又称为甲硅烷。
由于硅不能与H2直接作用,简单的硅烷常用金属硅化物与酸反应来制取。例如:
Mg2Si+4HCl=SiH4↑+2MgCl2
或者用强还原剂LiAlH4还原硅的卤化物。
2Si2Cl6(l)+3LiAlH4(s)=2Si2H6(g)+3LiCl(s)+3AlCl3(s)
硅烷为无色无臭的气体(SiH4和Si2H6)或液体。它们能溶于有机溶剂,熔点、沸点都很低。化学性质比相应的烷烃活泼,表现在以下几方面:
(1)还原性强,能与O2或其它氧化剂猛烈反应。它们在空气中自燃,燃烧时放出大量的热,产物为SiO2。如:
SiH4+2O2=(燃烧)SiO2+2H2O △H°=-1430kJ·mol-1
能与一般氧化剂反应。如:
SiH4+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O
SiH4+8AgNO3+2H2O=8Ag↓+SiO2↓+8HNO3
前一个反应可用于检验硅烷。
(2)硅烷在纯水中不发生水解作用。但当水中有微量碱存在时,由于碱的催化作用,水解反应即激烈地进行。
SiH4+(n+2)H2O=(碱)SiO2·nH2O↓+4H2↑
(3)所有硅烷的热稳定性都很差。分子量大的稳定性更差。将高硅烷适当地加热,它们即分解为低硅烷。低硅烷(如SiH4)在温度高于773K即分解为单质硅和氢气。
SiH4=(>773K)Si+2H2↑
SiH4被大量地用于制高纯Si。硅的纯度越高,大规模集成电路的性能就越好。