사염화 규소

사염화 규소() 또는 테트라클로로실레인()은 화학식 SiCl4를 갖는 무기 화합물이다. 이것은 공기 중에서 연기처럼 증발하는 무색의 휘발성 액체이다. 상업용 고순도 규소와 이산화 규소를 생산하는 데 사용된다. 이는 클로로실레인 계열의 일부이다.

 제조 
사염화 규소는 페로실리콘, 탄화 규소 또는 이산화 규소와 탄소의 혼합물과 같은 다양한 규소 화합물을 염소화하여 제조된다. 페로실리콘 경로는 가장 일반적인 방법이다.

실험실에서 는 규소를 에서 염소로 처리하여 제조할 수 있다.

이것은 1823년에 옌스 야코브 베르셀리우스에 의해 처음 제조되었다.  From pp. 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 iodgas, har icke kunnat fås att dermed förbinda sig." (When silicon is heated in a stream of chlorine, it ignites and burns, as well as if the gas contained atmospheric air, it leaves silica in the form of an odd "skeleton".  If the silicon was previously oxidized to some extent, then the siliceous earth also remains.  Silicon burns in chlorine with equal slowness, whether it has lost its flammability in air or not.  The product of the combustion is condensed and forms a liquid, which, when freed from it, should be colorless. This liquid is quite volatile and easy-flowing; it evaporates in the open air, almost instantly, with the emission of a white smoke and with a residue of siliceous earth. It has a pungent smell, somewhat like cyanide; precipitated in water, it quickly floats up, dissolves for the most part, but leaves a little siliceous earth undissolved; if the quantity of water is small, e.g., a drop of each, then the chlorosilicon floats around and the silica becomes undissolved in an exfoliated, semi-transparent state.  This liquid is analogous to the compound of other electronegative substances with chlorine.  Reacts like acid with litmus paper, so that, by its volatility, the paper reddens quite a distance from the point of contact.  It is the second known example of a compound in which silicon is volatile.  At the ordinary temperature of the air, potassium does not act on it; but if it is heated in the gas of chlorosilicon, it ignites and burns, with a residue of silicon-bound potassium.  Silicon heated in a stream of iodine gas, could not be made to bond with it.)

고염수는 염소 생산이 금속 염화물 광석에서 금속 정제 공정의 부산물일 때 실리카에 의해 오염될 수 있다. 드물게 오염된 고염수가 전기 분해되면 실리카에 있는 이산화 규소가 사염화 규소로 변환된다.

 반응 
 가수분해 및 관련 반응 
다른 클로로실레인 또는 실레인과 마찬가지로 사염화 규소는 물과 쉽게 반응한다.
SiCl4 + 2 H2O → SiO2 + 4 HCl
SiCl4 증기가 수분과 반응하여 이산화 규소와 염산의 구름 같은 에어로졸을 생성하기 때문에 액체를 공기에 노출시키면 반응을 알 수 있다. 대조적으로 사염화 탄소는 쉽게 가수분해되지 않는다.

알코올과 반응하여 오르토규산 에스터를 생성한다.
SiCl4 + 4 ROH → Si(OR)4 + 4 HCl

 폴리실리콘 염화물 
고온에서 사염화 규소의 동족체는 다음 반응을 통해 제조할 수 있다.
Si + 2 SiCl4 → Si3Cl8
사실, 규소의 염소화는 육염화 이규소 Si2Cl6의 형성을 동반한다. 혼합물에서 사슬에 최대 6개의 규소 원자를 포함하는 일련의 화합물을 분별 증류를 사용하여 분리할 수 있다.

 다른 친핵체와의 반응 
사염화 규소는 반응성에서 전형적인 친전자체이다. 그리냐르 시약 및 유기리튬 화합물로 처리하면 다양한 유기규소 화합물을 형성한다.
4 RLi + SiCl4 → R4Si + 4 LiCl
수소화물 시약으로 환원하면 실레인이 생성된다.

 다른 SiX4 화합물과의 비교 
   SiH4  SiF4  SiCl4  SiBr4  SiI4 끓는점 (˚C)Silicon Compounds, Silicon Halides. Collins, W.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; John Wiley & Sons, Inc, 2001.  −111.9  −90.3  56.8  155.0  290.0 녹는점 (˚C)  −185  −95.0  −68.8  5.0  155.0 Si-X 결합 길이 (Å)  >0.74 1.55  2.02  2.20  2.43 Si-X 결합 에너지 (kJ/mol)Ebsworth, E. A. V. In Volatile Silicon Compounds; Taube, H.; Maddock, A. G.; Inorganic Chemistry; Pergamon Press Book: New York, NY, 1963; Vol. 4.  384  582  391  310  234

 용도 
사염화 규소는 초고순도 형태의 규소인 폴리실리콘 제조의 중간체로 사용된다. 이는 반복적인 분별 증류를 통해 정제하기에 편리한 끓는점을 가지고 있기 때문이다. 수소화 반응기에서 수소 기체에 의해 트라이클로로실레인(HSiCl3)으로 환원되며, 지멘스 공정에 직접 사용되거나 추가로 실레인(SiH4)으로 환원되어 유동층 반응기에 주입된다. 사염화 규소는 이 두 공정 모두에서 부산물로 다시 나타나며 수소화 반응기에서 재활용된다. 약 1250°C에서 수소와 함께 사염화 규소를 환원하는 기상 에피택시가 수행되었다.
 (g) + 2 (g) → Si(s) + 4 (g) at 1250°C

생산된 폴리실리콘은 결정질 규소로 만든 기존의 태양 전지용 태양광 산업과 반도체 산업에서 웨이퍼로 대량 사용된다.

사염화 규소는 흄드 실리카로 가수분해될 수도 있다. 고순도 사염화 규소는 광섬유 제조에 사용된다. 이 등급은 트라이클로로실레인과 같은 수소 함유 불순물이 없어야 한다. 광섬유는 MCVD 및 OFD와 같은 공정을 사용하여 제조되는데, 여기서 사염화 규소는 산소 존재 하에 순수 실리카로 산화된다.

석영유리 생산의 공급 원료로 사용된다.

 안전 및 환경 문제 
보조금 프로그램에 의해 촉진된 태양광 전지에 대한 수요 증가와 관련하여 중국에서 사염화 규소 생산으로 인한 오염이 보고되었다.

 같이 보기 
 사염화 규소 (데이터 페이지)

 각주 

분류:염화물