imported>NadirSH: /* Derivate der Silane */ + Hydrosilane

2026-03-18T17:15:04Z

Derivate der Silane: + Hydrosilane

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Die Bezeichnung '''Silane''' steht nach den [[International Union of Pure and Applied Chemistry|IUPAC]]-Regeln für eine [[Stoffgruppe]] [[Chemische Verbindung|chemischer Verbindungen]], die aus einem [[Silicium]]-Grundgerüst und [[Wasserstoff]] bestehen. Ähnliche Stoffgruppen sind [[Germane (Stoffgruppe)|Germane]] und [[Alkane]]. Silane können einen verzweigten ('''''iso''-''' und '''''neo''-Silane''') oder unverzweigten ('''''n''-Silane''') Aufbau haben. Die allgemeine [[Summenformel]] der acyclischen (offenkettigen, auch catena-Silane genannten) Silane lautet SinH2n+2. Ringförmige Silicium-Wasserstoff-Verbindungen nennt man '''Cyclosilane''' ([[allgemeine Summenformel]]: SinH2n).

== Geschichte ==
1857 stellten [[Friedrich Wöhler]] und [[Heinrich Buff (Physiker)|Heinrich Buff]] bei der anodischen Zersetzung eines siliciumreichen [[Aluminium]]stabes in verschiedenen Salzlösungen ([[Natriumchlorid|Natrium-]], [[Ammoniumchlorid|Ammonium-]] oder [[Kaliumchlorid]]) mittels elektrischen Stroms erstmals eine gasförmige Siliciumwasserstoffverbindung (vermutlich Monosilan) her, welche der entstandene Wasserstoff als Verunreinigung enthielt und diesen bei Luftkontakt entzündete. Das Gasgemisch ließ sich einerseits über einer Salzlösung unverändert aufbewahren, [[Explosion|explodierte]] aber unmittelbar bei Kontakt mit Luftsauerstoff mit leuchtender Flamme unter Bildung eines weißen Feststoffs, welchen Wöhler als [[Siliciumdioxid]] identifizierte. Das reaktive Gas aus dem Gemisch schied an einem erhitzten Platindraht unter Wasserstoffabspaltung festes Silicium ab.<ref name="DOI10.1002/jlac.18571030213">{{Literatur |Autor=F. Wöhler, H. Buff |Titel=Ueber eine Verbindung von Silicium mit Wasserstoff |Sammelwerk=Annalen der Chemie und Pharmacie |Band=103 |Nummer=2 |Datum=1857 |Seiten=218-229 |DOI=10.1002/jlac.18571030213}}</ref> Der Versuch, durch Umsetzung von kristallinem Silicium unterhalb der Rotglut mit [[Chlorwasserstoff]]gas diese neue Siliciumwasserstoff-Verbindung zu reproduzieren, gelang Wöhler nicht. Stattdessen synthetisierte er die ersten Chlorsilane.<ref name="DOI10.1002/jlac.18571040108">{{Literatur |Autor=H. Buff, F. Wöhler |Titel=Ueber neue Verbindungen des Siliciums |Sammelwerk=Annalen der Chemie und Pharmacie |Band=104 |Nummer=1 |Datum=1857 |Seiten=94–109 |DOI=10.1002/jlac.18571040108}}</ref> Im folgenden Jahr optimierte Wöhler die Synthese der Siliciumwasserstoffe dann durch Reaktion von [[Silicide|Magnesiumsilicid]] (Mg2Si) mit konzentrierter [[Salzsäure]].<ref name="DOI10.1002/jlac.18581070117">{{Literatur |Autor=F. Wöhler |Titel=Ueber das Siliciumwasserstoffgas |Sammelwerk=Annalen der Chemie und Pharmacie |Band=107 |Nummer=1 |Datum=1858 |Seiten=112 |DOI=10.1002/jlac.18581070117}}</ref>

1902 wurde der Gedanke der Siliciumwasserstoffe wieder aufgegriffen. [[Henri Moissan]] gelang der Nachweis von [[Monosilan]] und [[Disilan]] nach der [[Protolyse]] von [[Silicide|Lithiumsilicid]]. Ab 1916 befasste sich [[Alfred Stock]], zu dieser Zeit am [[Kaiser-Wilhelm-Institut]] für Chemie in Berlin-Dahlem, intensiv mit der Siliciumwasserstoffchemie und veröffentlichte innerhalb von 9 Jahren, großteils zusammen mit [[Carl Somieski]], eine Schriftenreihe ''Siliciumwasserstoffe'' mit 16 Ausgaben.<ref name="DOI10.1002/cber.19500830619">{{Literatur |Autor=Egon Wiberg |Titel=Alfred Stock 1876-1946 |Sammelwerk=Chemische Berichte |Band=83 |Nummer=6 |Datum=1950-10 |Seiten=XIX–LXXVI |DOI=10.1002/cber.19500830619}}</ref> Durch Umsetzung von Magnesiumsilicid mit Säure, analog der Synthese von Wöhler, gelangen Stock und Somieski zunächst die Darstellung der niederen gasförmigen Silane Monosilan und Disilan sowie der Flüssigkeiten [[Trisilan]] und [[Tetrasilan]].<ref name="Siliciumwasserstoffe I" /> Seither werden diese Silane als „Stock’sche Silane“ bezeichnet. Stock gab der gesamten [[Stoffgruppe]] den allgemeinen Namen ''Silane''.<ref name="DOI10.1002/cber.19160490113">{{Literatur |Autor=Alfred Stock |Titel=Die Nomenklatur der Silicium- und Bor-Verbindungen |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft |Band=49 |Nummer=1 |Datum=1916-01 |Seiten=108–111 |DOI=10.1002/cber.19160490113}}</ref> Auch wies er die Existenz von [[Pentasilan]] und [[Hexasilan]] nach und stellte verschiedene [[Halogensilane]] und daraus [[Siloxane]] her.<ref name="DOI10.1002/cber.19500830619" />

Alfred Stock entwarf zur Darstellung der Silane eine Glasapparatur, die das Arbeiten unter völligem Luftabschluss zuließ. Er benutzte einen Glaskolben, der halb mit wässriger [[Schwefelsäure]] gefüllt war, rührte diese Säure und schüttete das gemahlene, graue Magnesiumsilicid portionsweise dazu. Dabei zersetzte sich das Silicid unter Hitzeentwicklung und Bildung gasförmigen Wasserstoffs und Silanen. Die Gase leitete Stock nun in eine Glasapparatur, die er von außen kühlte. Die Kühlung war so eingestellt, dass der Wasserstoff und das Monosilan nicht kondensieren konnten. Er erhoffte sich durch die Kühlung, dass eventuell entstandene längerkettige Silane aufgrund ihrer höheren [[Siedepunkt]]e kondensieren würden. Tatsächlich gelang es ihm, eine wasserklare Flüssigkeit zu gewinnen, die sich aus drei kettenförmigen Silanen zusammensetzte. Die weitere [[Derivat (Chemie)|Derivatisierung]] dieser Verbindungen hatte jedoch keinen Erfolg.

== Gewinnung und Darstellung ==
Silane werden im Wesentlichen auf drei grundsätzlichen Wegen hergestellt.<ref name="Greenwood-Earnshaw" /> In Form des sogenannten ''Rohsilans'' durch Zersetzung von [[Magnesiumsilicid]] (Mg2Si) unter [[Säure|sauren]] Bedingungen und Luftausschluss analog der Synthesen von Wöhler und Stock.<ref name="Siliciumwasserstoffe I" />
:<math>\mathrm{Mg_2Si + \ H^+\ \longrightarrow \ Rohsilan}</math>
Durch die Reduktion der entsprechenden Halogensilane mit [[Lithiumhydrid]] oder [[Lithiumaluminiumhydrid]] in einem organischen Lösungsmittel, wie [[Diethylether]]. Über diesen Weg lassen sich die entsprechenden Silane SinH2n+2 mit n=1,2,3 selektiv und in hoher Ausbeute herstellen.<ref name="DE3506071">{{Patent | Land = DE | V-Nr = 3506071 | Typ = C2 | Titel = VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON DISILAN DURCH REDUKTION VON HEXACHLORDISILAN | A-Datum = 1985-02-21 | V-Datum = 1985-08-22 | Erfinder =AONO KOJI, SAITO TOSHINORI, OKADA CHIHARU | Anmelder = CENTRAL GLASS CO LTD | DB =}}</ref>
:<math>\mathrm{Cl_3Si{-}SiCl_3 + 6\ LiH \longrightarrow \ H_3Si{-}SiH_3 + 6\ LiCl}</math>
Der dritte Weg ist die Umsetzung von elementarem Silicium mit Halogenwasserstoff oder [[Alkylhalogenide]]n in der Gegenwart von [[Kupfer]] als Katalysator, ähnlich dem Verfahren von Wöhler, bei der Halogensilane oder Alkylhalogensilane entstehen.<ref name="DOI10.1002/jlac.18571040108" />
:<math>\mathrm{Si + \ 3 \ HCl \ \ _{\overrightarrow{\mathrm{Cu}}}\ \ SiHCl_3 + \ H_2}</math>

Daneben sind Trisilan und höhere Silane in guter Ausbeute aus Monosilan mit Hilfe einer elektrischen Entladung zugänglich. Je nach Synthesebedingungen entstehen unter anderem [[Polysilen]] (SiH2)∞, das Silicium-Homologe zu den [[Alkene]]n, bzw. [[Polysilin]] (SiH)∞ (vergleiche dazu [[Alkine]]). Auch Verbindungen mit dazwischen liegender [[Stöchiometrie]] [(SiHn)∞, 1 ≤ n ≤ 2] und ringförmige Oligo- sowie Polysilane sind möglich.

== Nomenklatur ==
Entsprechend den [[Nomenklatur_(Anorganische_Chemie)#Substitutionsnomenklatur_2|Nomenklaturregeln]] erfolgt die Namensgebung mit dem Wortstamm ''Sil'' und dem [[Suffix]] ''-an'', analog zu den gesättigten [[aliphatisch]]en Kohlenwasserstoffen die ebenfalls auf ''-an'' enden (Methan, Ethan, Propan, Butan und so weiter). Vorangestellt wird die Zahl der Silicium[[atom]]e als [[Griechische Sprache|griechisches]] Zahlwort: Monosilan (ein Siliciumatom), Disilan (zwei Siliciumatome), Trisilan usw. Enthält ein Silan vier oder mehr Siliciumatome, so sind unterschiedliche Anordnungen, genauer [[Konstitution]]en, denkbar. Man spricht von Konstitutions[[isomerie]]. Zur weiteren Differenzierung stellt man je nach Aufbau des [[Molekül]]s dann einen der [[Deskriptor (Chemie)|Deskriptoren]] ''n''-, ''iso''-, ''neo''- oder ''cyclo''- dem Verbindungsnamen voran.

== Struktur und Eigenschaften ==
[[Datei:Silane-2D.svg|mini|hochkant=0.5|Strukturformel von Monosilan]]
Silane sind die Silicium-[[Homologe Reihe|Homologen]] der auf einem [[Kohlenstoff]]-Gerüst basierenden [[Alkane]]. Sie  haben ähnliche physikalische Eigenschaften, wie Schmelzpunkt, Siedepunkt und Dipolmoment, wie die entsprechenden Alkane.<ref name="Kirk-Othmer" /> Wie die gesättigten [[Kohlenwasserstoff]]e haben Silane in der Regel eine [[Tetraeder|tetrahedrale]] Geometrie basierend auf einer [[Hybridorbital|sp3-Hybridisierung]] der Bindungsorbitale. Jedoch bestehen zwischen der Siliciumwasserstoff- und der Kohlenwasserstoff-Chemie grundlegende Unterschiede.<ref name="ChemBer_1917_50_170">{{Literatur |Autor=Alfred Stock |Titel=Zur Nomenklatur der Silicium-verbindungen |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft |Band=50 |Nummer=1 |Datum=1917-01 |Seiten=170-182 |DOI=10.1002/cber.19170500127}}</ref> Da Silicium [[Elektronegativität|elektropositiver]] als Kohlenstoff und Wasserstoff ist, sind die Bindungen in Silanen in der Regel stärker [[Polare Atombindung|polarisiert]] als in den analogen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Die gebundenen Wasserstoffatome haben so einen elektronegativen Charakter und reagieren daher leicht mit [[Acidität|acidem]] Wasserstoff.<ref name="Kirk-Othmer" /> Die Si-H Bindungsenergie ist mit 378 k[[Joule|J]]/[[mol]] deutlich geringer als die C-H Bindungsenergie mit 414 kJ/mol, wodurch Silane (thermisch) weniger stabil sind als Alkane.<ref name="Kirk-Othmer" />

Es existieren wesentlich weniger Silane, als es Kohlenwasserstoffe gibt. Bisher sind lediglich unverzweigte und verzweigte Silane mit bis zu 8 und cyclische Silane mit 5 oder 6 Siliciumatomen bekannt. Es handelt sich durchweg um farblose Gase oder Flüssigkeiten.<ref name="Greenwood-Earnshaw" /> Silane sind [[pyrophor]], das heißt, sie brennen an der Luft.<ref>{{Literatur |Autor=Maik Gerwig, Uwe Böhme, Mike Friebel, Franziska Gründler, Georg Franze |Titel=Syntheses and Molecular Structures of Liquid Pyrophoric Hydridosilanes |Sammelwerk=[[ChemistryOpen]] |Band=9 |Nummer=7 |Datum=2020 |DOI=10.1002/open.202000152 |PMC=7383127 |PMID=32728519 |Seiten=762–773}}</ref> Gegenüber den Stammverbindungen werden mehrkernige Silane durch Substitution mit Halogenen oder organischen Resten deutlich stabiler.<ref name="ChemBer_1917_50_170" />

=== Homologe Reihe der linearen Silane ===
Die homologe Reihe der linearen, unverzweigten Silane ergibt sich aus der allgemeinen Formel H−(SiH2)n−H mit n = 1, 2, 3, … Die niedrigsten Silane – Monosilan und Disilan – sind gasförmig. Ab Trisilan nehmen die Silane einen flüssigen [[Aggregatzustand]] ein.
{| class="wikitable" style="text-align:right"
|+ Übersichtstabelle linearer, unverzweigter Silane (Beispiele)
|- class="hintergrundfarbe6"
! Silan
! [[Summenformel]]
! [[Schmelzpunkt]] in °C<ref name="HoWi95">{{Holleman-Wiberg|Auflage=101.|Startseite=485}}</ref>
! [[Siedepunkt]] in °C<ref name="HoWi95" />
! [[Dichte]] in g/cm³<ref name="Hidding" />
! [[Molare Masse]] in g/mol
|-
|style="text-align:left"| [[Monosilan]] ||style="text-align:left"| SiH4 || −184,7 || −112,1 || 0,00135 || 32,12
|-
|style="text-align:left"| [[Disilan]] ||style="text-align:left"| Si2H6 || −129,4 || −14,8 || 0,00287 || 62,22
|-
|style="text-align:left"| [[Trisilan]] ||style="text-align:left"| Si3H8 || −116,9 || 52,9 || 0,739 || 92,32
|-
|style="text-align:left"| [[Tetrasilan]] ||style="text-align:left"| Si4H10 || −91,6 || 108,4 || 0,795 || 122,42
|-
|style="text-align:left"| [[Pentasilan]] ||style="text-align:left"| Si5H12 || −72,2 || 153,2 || 0,827 || 152,52
|-
|style="text-align:left"| [[Hexasilan]] ||style="text-align:left"| Si6H14 || −44,7 || 193,6 || 0,847 || 182,62
|-
|style="text-align:left"| [[Heptasilan]] ||style="text-align:left"| Si7H16 || −30,1 || 226,8 || 0,859 || 212,73
|-
|style="text-align:left"| [[Octasilan]] ||style="text-align:left"| Si8H18 ||   ||   ||   || 242,83
|}
Einzig das Monosilan ist bei Raumtemperatur unbegrenzt haltbar und das stabilste der Silane.<ref name="Greenwood-Earnshaw" /><ref name="Kirk-Othmer" /> Es zersetzt sich bei Abwesenheit von Katalysatoren erst bei 500 °C.<ref name="Kirk-Othmer" /> Die höheren Homologen sind thermisch zunehmend weniger stabil und zersetzen sich bereits bei Raumtemperatur am Tageslicht unter Wasserstofffreisetzung und Bildung der kürzeren Homologen und anderer [[Polymer]]produkte ((SiH<2)x).<ref name="Greenwood-Earnshaw" /><ref name="Siliciumwasserstoffe XVI" /> Höhere Temperaturen führen zum Zerfall in die Elemente. Monosilan bildet sich entsprechend auch bei der Thermolyse der höheren Silane, sowie der substituierten Silane, wie [[Trichlorsilan]] oder [[Triethoxysilan]].<ref name="ChemBer_1917_50_170" />
:<math>\mathrm{4 \ SiHCl_3 \ \xrightarrow{\triangle} \ 3 \ SiCl_4 \ + \ SiH_4}</math>
:<math>\mathrm{4 \ SiH(OC_2H_5)_3 \ \xrightarrow{\triangle} \ 3 \ Si(OC_2H_5)_4 \ + \ SiH_4}</math>

=== Isomere und cyclische Silane ===
Ähnlich wie bei den [[Alkane]]n beobachtet man bei den höheren Silanen (ab Tetrasilan) auch das Auftreten von [[Konstitutionsisomere]]n. Es sind verzweigte und cyclische Silane bekannt. Die Konstitutionsisomere unterscheiden sich durch verschiedene physikalische Kenndaten wie [[Schmelzpunkt|Schmelz-]] und [[Siedepunkt]]e. Die Festkörperstrukturen mehrerer verzweigter und cyclischer Silane wurden durch Cryo-Kristallisation bestimmt.<ref>{{Literatur |Autor=Maik Gerwig, Uwe Böhme, Mike Friebel, Franziska Gründler, Georg Franze |Titel=Syntheses and Molecular Structures of Liquid Pyrophoric Hydridosilanes |Sammelwerk=ChemistryOpen |Band=9 |Nummer=7 |Datum=2020 |DOI=10.1002/open.202000152 |PMC=7383127 |PMID=32728519 |Seiten=762–773}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Dana Schmidt, Uwe Böhme, Jürgen Seidel, Edwin Kroke |Titel=Cyclopentasilane Si5H10: First single crystal X-ray structure of an oligosilane SixHy and thermal analysis with TG/MS |Sammelwerk=Inorganic Chemistry Communications |Band=35 |Datum=2013-09-01 |DOI=10.1016/j.inoche.2013.05.023 |Seiten=92–95 }}</ref> Dazu mussten die pyrophoren Verbindungen auf dem Diffraktometer unter Luftausschluss kristallisiert werden.
{| class="wikitable"
|+ Übersichtstabelle verzweigte und cyclische Silane (Beispiele)
|- class="hintergrundfarbe6"
! Silan || [[Summenformel]] || [[Strukturformel]] || [[Schmelzpunkt]] in °C || [[Siedepunkt]] in °C || Dichte || [[Molare Masse]] in g/mol
|- class="hintergrundfarbe8"
! colspan="8"|Verzweigte Verbindungen
|-
|[[Isotetrasilan|''iso''-Tetrasilan]]<ref name="Kirk-Othmer" /> || Si4H10 ||style="text-align:center"|[[Datei:Isotetrasilane.svg|100px]] || −99,4 || +101,7 || 0,793 || style="text-align:right"| 122,42
|-
|[[iso-Pentasilan|''iso''-Pentasilan]]<ref name="Kirk-Othmer" /> || Si5H12 ||style="text-align:center"|  || −109.8 || +146,2 || 0,820 ||style="text-align:right"| 152,52
|-
|[[Neopentasilan]]<ref name="Kirk-Othmer" /> || Si5H12 ||style="text-align:center"|  || −57,8 || +130 || - || style="text-align:right"| 152,52
|- class="hintergrundfarbe8"
! colspan="8"|Cyclische Silane
|-
|[[Cyclopentasilan]]<ref name="Kirk-Othmer" /> || Si5H10 ||style="text-align:center"|[[Datei:Pentasilolane.svg|100px]] || −10,5 || +194,3 || 0,963 ||style="text-align:right"| 150,51
|-
|[[Cyclohexasilan]]<ref name="Kirk-Othmer" /> || Si6H12 ||style="text-align:center"|[[Datei:Cyclohexasilane.svg|100px]] || +16,5 || +226 || - ||style="text-align:right"| 180,61
|}

== Chemische Reaktionen ==
Silane sind im Gegensatz zu den homologen Alkanen weniger beständig. Sie sind nur unter [[Luft]]abschluss [[Synthese (Chemie)|synthetisierbar]]. Die niedrigen Silane SinH2n+2 (mit n= 1 bis 4) sind sehr reaktiv und können sich an der Luft selbst entzünden oder [[Explosion|explodieren]], wobei sie zu [[Siliciumdioxid]] und [[Wasser]] verbrennen.
:<math>\mathrm{SiH_4 + 2\ O_2\ {\longrightarrow}\ SiO_2 + 2\ H_2O}</math>
Die [[Reaktivität (Chemie)|Reaktivität]] nimmt mit zunehmender Kettenlänge ab. Schon [[Pentasilan]] reagiert nicht mehr selbständig mit dem Sauerstoffanteil der Luft. Ab [[Heptasilan]] sind Silane nicht mehr spontan selbstentzündlich.<ref>{{Patent | Land = DE | V-Nr = 10059625 | Typ = A1 | Titel = Verfahren zur Herstellung von Höheren Silanen im Hinblick auf Ihre Verwendung als Treibstoffe | A-Datum = 2000-12-01 | V-Datum = 2002-05-16 | Erfinder = [[Peter Plichta]] | Anmelder = Peter Plichta}}</ref>

Silane sind dagegen weitgehend stabil gegenüber (sauerstofffreiem) Wasser und lassen sich daher über Salzlösungen längerfristig lagern. Sie sind stabil gegenüber schwachen Säuren. Lediglich sehr starke Säuren vermögen Silane zu spalten.<ref name="HoWi">{{Literatur |Autor= |Titel=Band 1 Grundlagen und Hauptgruppenelemente |Verlag=De Gruyter |Ort= |Datum=2016 |ISBN=978-3-11-049585-0 |Kapitel=XV. Die Kohlenstoffgruppe (»Tetrele«) |Seiten=1085 |DOI=10.1515/9783110495850}}</ref>
:<math>\mathrm{SiH_4 + HX {\longrightarrow}\ SiH_3X + H_2}</math>
In Wasser mit einem [[pH-Wert]] oberhalb von 7 zersetzen sich Silane langsam zu [[Kieselsäure]] und Wasserstoff, während mit stark basischen Lösungen spontan und quantitativ Wasserstoff abgespalten wird. Dabei lässt sich die Reaktion so steuern, dass pro Si–H und Si–Si Bindung je ein Molekül Wasserstoff freigesetzt wird, wodurch die molare Zusammensetzung bestimmt werden kann.<ref name="Kirk-Othmer" /><ref name="HoWi"/>

:<math>\mathrm{SiH_4 + 2\ H_2O\ _{\overrightarrow{\mathrm{pH\ >\ 7}}}\ SiO_2 + 4\ H_2}</math>
:<math>\mathrm{SiH_4 + 2\ KOH\ + \ H_2O {\longrightarrow}\ K_2SiO_3 + 4\ H_2}</math>
Bei der Hydrolyse von Organosilanen handelt es sich um eine [[Kinetik (Chemie)#Reaktionen erster Ordnung|Reaktion erster Ordnung]]. Die Hydrolysegeschwindigkeit der Si-H-Bindung ist abhängig von der Art und Anzahl der organischen Reste. So ist die Hydrolyse von Trialkylsilanen deutlich langsamer als die von Triarylsilanen. Dies kann durch eine stärkere Erhöhung der [[Elektronendichte]] am Siliciumatom durch die Alkylgruppen erklärt werden. Entsprechend nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit der Tri-n-Alkylsilane in der Reihe Ethyl, Propyl, Butyl ab. Bei den Trialkylsilanen reagieren die Silane mit n-Alkylresten um den Faktor 10 schneller als die analogen Silane mit verzweigten Alkylresten.<ref name="ZAAC_1960_306_180">{{Literatur |Autor=G. Schott, C. Harzdorf |Titel=Silane. I Alkalische Solvolyse von Triorganosilanen |Sammelwerk=[[Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie]] |Band=306 |Nummer=3–4 |Datum=1960-10 |Seiten=180–190 |DOI=10.1002/zaac.19603060306}}</ref>

Mit Methanol reagiert Monosilan zu Di-, Tri- und Tetramethoxymonosilan aber nicht zur entsprechenden Monomethoxy-Verbindung.<ref name="Kirk-Othmer" />
:<math>\mathrm{SiH_4 \xrightarrow[- H_2]{CH_3OH} \ H_2Si(OCH_3)_2; \ \ HSi(OCH_3)_3; \ \ Si(OCH_3)_4}</math>
Mit in Lösungsmitteln gelösten [[Alkalimetalle]]n bilden sich die korrespondierenden Alkalisilylderivate. Dabei können je nach Lösungsmittel zwei konkurrierende Reaktionen ablaufen. Während in [[1,2-Dimethoxyethan]] beide Prozesse ablaufen, läuft in [[Hexamethylphosphoramid]] nur die zweite Reaktion ab. In flüssigem Ammoniak als Lösungsmittel erfolgt dagegen [[Ammonolyse]].<ref name="Kirk-Othmer" />
:<math>\mathrm{(1) \ SiH_4 \ + 2 \ K {\longrightarrow}\ KSiH_3 + \ KH}</math>
:<math>\mathrm{(2) \ SiH_4 \ + \ K {\longrightarrow}\ KSiH_3 + \ 0.5 \ H_2}</math>
Mit [[Lithiumorganische Verbindungen|lithiumorganischen Verbindungen]] bilden Silane die entsprechenden Alkylsilane, wobei die peralkylierten Silane bevorzugt entstehen.<ref name="Kirk-Othmer" />

Silane können auch mit Stickstoff reagieren, indem sie sich bei Temperaturen von etwa 500 °C zersetzen und das entstandene Silicium mit Stickstoff reagiert. Auch [[Mikrowellen]]strahlung kann zur Zersetzung genutzt werden. Diese Reaktion wird beispielsweise zur Erzeugung dünner [[Siliciumnitrid]]-Schichten oder Siliciumnitrid-Nanokristalle verwendet.<ref>Jingwei Song, Xiying Ma, Wang Zui, Chen Wei, Zhongpin Chen: ''Fabrication of Si3N4 Nanocrystals and Nanowires Using PECVD.'' In: ''Advances in Materials Science and Engineering.'' 2010, [[doi:10.1155/2010/892792]].</ref><ref>J. R. Flemish, R. L. Pfeffer: ''Low hydrogen content silicon nitride films from electron cyclotron resonance plasmas.'' In: ''J. Appl. Phys.'' 1993, 74, S. 3277–3282, [[doi:10.1063/1.355318]].</ref>

== Derivate der Silane ==
[[Derivat (Chemie)|Derivate]] (Abkömmlinge) der Silane entstehen formal durch Austausch ([[Substitutionsreaktion|Substitution]]) der Wasserstoffatome durch andere Elemente oder Gruppen. Hier sind insbesondere [[Halogene]], [[Sauerstoff]], [[Stickstoff]] und [[Kohlenstoff]] zu nennen. Silanederivate mit noch mindestens einem Wasserstoffatom werden in der Literatur auch als '''Hydrosilane''' bezeichnet.

=== Halogensilane ===
{{Hauptartikel|Halogensilane}}
Bekannte Vertreter sind die [[Chlorsilane]] [[Monochlorsilan]] (SiH3Cl), [[Dichlorsilan]] (SiH2Cl2), [[Trichlorsilan]] (SiHCl3) und [[Tetrachlorsilan]] (SiCl4). Insbesondere das Trichlorsilan ist großtechnisch wichtig, da es leicht herstellbar ist und als Ausgangsstoff zur Herstellung von Monosilan, Dichlorsilan und hochreinem Silizummetall verwendet wird. Neben der Herstellung aus Silicium und Halogenwasserstoff nach der Vorschrift von Wöhler, lassen sie sich auch durch Umsetzung von Silanen mit wasserfreiem Halogenwasserstoff in Gegenwart von Aluminiumchlorid bei moderaten Temperaturen darstellen.<ref name="Kirk-Othmer" />
:<math>\mathrm{SiH_4 + \ n \ HX \ \xrightarrow{Al_2X_6} \ SiH_{4-n}X_n \ + \ n \ H_2 \ \ \ X = Cl, Br \ \ n = 1, 2, 3 }</math>
Während die Reaktion von Monosilan mit Chlor oder Brom bei Raumtemperatur explosionsartig verläuft, lässt sich diese bei niedrigeren Temperaturen kontrolliert durchführen.<ref name="Kirk-Othmer" />
:<math>\mathrm{SiH_4 + \ Br_2 \xrightarrow{-80\, {}^{\circ}C} \ SiH_3Br \ (+ \ H_2SiBr_2) \ + \ HBr}</math>

=== Organosilane ===
{{Hauptartikel|siliciumorganische Verbindungen}}
Ersetzt man den Wasserstoff in den Silanen durch [[Organische Chemie|organische]] [[Rest (Chemie)|Reste]], so erhält man [[siliciumorganische Verbindungen]], die nach IUPAC als Silan-[[Derivat (Chemie)|Derivate]] aufgefasst werden. Die Silicium–Kohlenstoff-Bindung ist sehr stabil und bereits 1917 berichtete Stock über die Existenz von mehr als 50 bekannten Tetraalkyl- und Tetraarylsilane. Diese sind thermisch stabil, beständig gegen Wasser und chemisch so stabil, dass sie sich am organischen Rest halogenieren, nitrieren oder sulfonieren lassen, ohne dass die Si–C-Bindung gespalten wird.<ref name="ChemBer_1917_50_170" /> Ein wichtiger Vertreter ist das weitgehend chemisch [[Inerte Substanz|inerte]] [[Tetramethylsilan]], welches als Standard in der [[Kernspinresonanzspektroskopie]] Verwendung findet. Aufgrund der Stabilität der Si–C-Bindung können auch Substanzen, wie [[Hexaphenyldisilan]] hergestellt werden, deren Kohlenstoffanalogon wie das [[Hexaphenylethan]] nicht existent sind.<ref name="ChemBer_1917_50_170" /> Organosilane lassen sich durch Umsetzung von Halogensilanen oder Silanen mit [[Lithiumorganische Verbindungen|lithiumorganischen Verbindungen]] oder über eine Grignard-Reaktion herstellen.<ref name="ChemBer_1917_50_170" />
:<math>\mathrm{Si_2Cl_6 + \ 6 MgCl(CH_3) \longrightarrow \ Si_2(CH_3)_6 \ + \ 6 \ MgCl_2}</math>
Organohalogensilane werden großtechnisch mit der [[Müller-Rochow-Synthese]] hergestellt.<ref name="Kirk-Othmer" />
:<math>\mathrm{2 \ CH_3Cl + Si \longrightarrow (CH_3)_2SiCl_2}</math>

=== Silanole, Siloxane ===
Durch Hydrolyse – insbesondere von Halogensilanen – erhält man leicht die [[Silanole]], welche, im Gegensatz zu den analogen [[Alkohole]]n, nicht sehr stabil sind. Sie polymerisieren unter Wasserabspaltung zu [[Siloxane]]n und [[Polysiloxane]]n, wobei Chlorwasserstoff die Polymerisation beschleunigt.<ref name="ZAAC_1949_259_109">{{Literatur |Autor=[[Joseph Goubeau]], Rudolf Warncke |Titel=Zur Hydrolyse von Halogeniden. I. Die Hydrolyse des Siliciumtetrachlorids |Sammelwerk=Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie |Band=259 |Nummer=1–4 |Datum=1949-10 |Seiten=109–120 |DOI=10.1002/zaac.19492590109}}</ref> Dabei bilden Monosilanole Dimere, Silandiole polymere Ketten und Silantriole dreidimensionale Netzwerke. Die Triebkraft ist die Bildung besonders stabiler Si–O–Si–Bindungen.
: <math>\mathrm{2 \ ClSi(CH_3)_3 \xrightarrow[- HCl]{+H_2O} \ 2 \ HOSi(CH_3)_3\ \xrightarrow[- H_2O] \ \ (CH_3)_3Si{-}O{-}Si(CH_3)_3 }</math>

== Verwendung ==
[[Trichlorsilan]] ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung hochreinen Siliciums für [[Integrierter Schaltkreis|integrierte Schaltkreise (Microchips)]], für [[Haftvermittler]] und zur Oberflächenvergütung. Auch durch die [[Thermolyse]] von Silanen in einer Wasserstoffatmosphäre erhält man hochreine Siliciumschichten ([[Siemens-Verfahren]]).

Aus Chlorsilanen und Chloralkylsilanen lässt sich durch Umsetzung in einer Knallgasflamme sogenannte [[Pyrogenes Siliciumdioxid|pyrogene Kieselsäure]] erzeugen, die unter anderem ein wichtiger [[Füllstoff]] für [[Kunststoff]]e ist. Spezielle als ''funktionelle Organosilane'' bezeichnete Silane verwendet man zur Oberflächenfunktionalisierung, die auch kurz als [[Silanisierung]] bezeichnet wird. Silane aus der Reihe der [[Chlormethylsilane]], insbesondere das [[Dichlordimethylsilan]], werden als Ausgangsprodukte für die Herstellung von [[Silikone]]n eingesetzt.

Durch Oxidation von Dichlorsilan unter verringertem Druck lässt sich [[Siliciumdioxid]] in dünnen Schichten abscheiden.<ref name="Kirk-Othmer" />

Höhere, nicht mehr selbstentzündliche Silane wurden für ihre Verwendung als [[Raketentreibstoff]] diskutiert. Der hohe Preis sowie der im Vergleich zu [[Hydrazin]] oder [[Knallgas]]<nowiki />gemischen niedrigere [[Spezifischer Impuls|spezifische Impuls]]<ref>B. Leitenberger: [http://www.bernd-leitenberger.de/raktreib1.shtml ''Chemische Raketentreibstoffe Teil 1.'']</ref> sprechen gegen Silane. Allerdings könnten sich höhere, flüssige Silane wie Pentasilan als nichttoxische [[Additiv]]e zur Steigerung der Verbrennungseffizienz herkömmlicher Raketentreibstoffe eignen.<ref name="Hidding">Bernhard Hidding: {{Webarchiv|url=http://www.unibw.de/lrt10/forschung/projekte/silane/diploma_thesis_Hidding-silanes.pdf |wayback=20160304105449 |text=''Untersuchung der Eignung von Silanen als Treibstoffe in der Luft- und Raumfahrt.''}} (PDF; 4,5 MB) Diplomarbeit an der [[Universität der Bundeswehr München]] und der [[Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf]], Januar 2004.</ref>

In der [[Halbleitertechnologie]] können mit einem geeigneten [[PECVD]]-Verfahren [[Dielektrikum|dielektrische]] Schichten aus Siliciumdioxid aus Monosilan und z. B. [[Stickstoffmonoxid]] hergestellt werden.<ref>{{Literatur |Autor=Eugen Unger |Titel=Die Erzeugung dünner Schichten. Das PECVD-Verfahren: Gasphasenabscheidung in einem Plasma |Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit |Band=25 |Nummer=3 |Datum=1991-06-01 |Seiten=148–158 |DOI=10.1002/ciuz.19910250306}}</ref>

Flüssige Silane wie Cyclopentasilan und Neopentasilan sind wichtige [[Präkursor|Präkursoren]] zur Abscheidung von [[Silicium|Siliciumschichten]] aus flüssigen Siliciumtinten.<ref>{{Literatur |Autor=Tatsuya Shimoda, Yasuo Matsuki, Masahiro Furusawa, Takashi Aoki, Ichio Yudasaka, Hideki Tanaka, Haruo Iwasawa, Daohai Wang, Masami Miyasaka, Yasumasa Takeuchi |Titel=Solution-processed silicon films and transistors |Sammelwerk=Nature |Band=440 |Nummer=7085 |Datum=2006-04 |DOI=10.1038/nature04613 |Seiten=783–786 }}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Tatsuya Shimoda |Titel=Nanoliquid processes for electronic devices: developments of inorganic functional liquid materials and their processing |Verlag=Springer |Ort=Singapur |Datum=2019 |ISBN=978-981-13-2952-4 |Abruf=}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Maik Gerwig, Uwe Böhme, Mike Friebel |Titel=Challenges in the Synthesis and Processing of Hydrosilanes as Precursors for Silicon Deposition |Sammelwerk=Chemistry – A European Journal |Band=30 |Nummer=33 |Datum=2024-06-12 |DOI=10.1002/chem.202400013 }}</ref> Mögliche Anwendungen dieser Siliciumtinten in der Halbleiterindustrie werden intensiv untersucht.<ref>{{Literatur |Autor=Maik Gerwig, Abid Shaukat Ali, David Neubert, Sebastian Polster, Uwe Böhme, Georg Franze, Marco Rosenkranz, Alexey Popov, Ilia Ponomarev, Michael P. M. Jank, Christine Viehweger, Erica Brendler, Lothar Frey, Peter Kroll, Edwin Kroke |Titel=From Cyclopentasilane to Thin‐Film Transistors |Sammelwerk=Advanced Electronic Materials |Band=7 |Nummer=2 |Datum=2021-02 |DOI=10.1002/aelm.202000422 }}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Mark A. M. Leenen, Volker Arning, Heiko Thiem, Jürgen Steiger, Ralf Anselmann |Titel=Printable electronics: flexibility for the future |Sammelwerk=physica status solidi (a) |Band=206 |Nummer=4 |Datum=2009-04 |DOI=10.1002/pssa.200824428 |Seiten=588–597 }}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Torsten Bronger, Paul H. Wöbkenberg, Jan Wördenweber, Stefan Muthmann, Ulrich W. Paetzold, Vladimir Smirnov, Stephan Traut, Ümit Dagkaldiran, Stephan Wieber, Michael Cölle, Anna Prodi‐Schwab, Odo Wunnicke, Matthias Patz, Martin Trocha, Uwe Rau, Reinhard Carius |Titel=Solution‐Based Silicon in Thin‐Film Solar Cells |Sammelwerk=Advanced Energy Materials |Band=4 |Nummer=11 |Datum=2014-08 |DOI=10.1002/aenm.201301871 }}</ref>

== Weblinks ==
* {{ YouTube | id = KMpNOpt_-QQ | titel = Fire and Flame, Feuer und Flamme}}, Versuch mit Silane; Video mit [[Peter Wothers]], englisch, 2 min.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Greenwood-Earnshaw">
{{Literatur
|Autor=N. N. Greenwood, A. Earnshaw
|Titel=Chemistry of the Elements
|Verlag=Elsevier
|Datum=2012
|ISBN=978-0-08-050109-3
|Seiten=337–
|Online={{Google Buch | BuchID = EvTI-ouH3SsC | Seite = 339}}}}
</ref>
<ref name="Kirk-Othmer">
{{Internetquelle
|autor=Barry Arkles
|url=http://www.gelest.com/wp-content/uploads/Silicon_Hydrides.pdf
|titel=Silanes
|titelerg=Reprint from Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Forth Edition, Volume 22, Page 38–69
|werk=Gelest
|seiten=39
|abruf=2016-12-10
|format=PDF
|sprache=en}}
</ref>
<ref name="Siliciumwasserstoffe I">
{{Literatur
|Autor=Alfred Stock, Carl Somieski
|Titel=Siliciumwasserstoffe. I. Die aus Magnesiumsilicid und Säuren entstehenden Siliciumwasserstoffe
|Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft
|Band=49
|Nummer=1
|Datum=1916-01
|Seiten=111–157
|DOI=10.1002/cber.19160490114}}
</ref>
<ref name="Siliciumwasserstoffe XVI">
{{Literatur
|Autor=Alfred Stock, Paul Stiebeler, Friedrich Zeidler
|Titel=Siliciumwasserstoffe, XVI.: Die höheren Siliciumhydride
|Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft
|Band=56
|Nummer=7
|Datum=1923-07-04
|Seiten=1695–1705
|DOI=10.1002/cber.19230560735}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Stoffgruppe]]
[[Kategorie:Silan| Silane]]

Silane - Versionsgeschichte

imported>NadirSH: /* Derivate der Silane */ + Hydrosilane