Tetracloruro de silicio

Tetracloruro de silicio o tetraclorosilano es el compuesto inorgánico de fórmula SiCl₄. Es un líquido volátil incoloro que humea en el aire. Se utiliza para producir silicio y sílice de alta pureza para aplicaciones comerciales. Es parte de la familia de los clorosilanos.

Preparación

El tetracloruro de silicio se prepara mediante la cloración de varios compuestos de silicio, como ferrosilicio, carburo de silicio o mezclas de dióxido de silicio y carbono. La ruta del ferrosilicio es la más común.

In the laboratory, SiCk4 can be prepared by treating silicon with chlorine at 600 °C (1,112 °F):

Si + 2 Cl₂ → SiCl₄

Fue preparado por primera vez por Jöns Jakob Berzelius en 1823.

La salmuera puede estar contaminada con sílice cuando la producción de cloro es un subproducto de un proceso de refinación de metales a partir de un mineral de cloruro metálico. En raras ocasiones, el dióxido de silicio de la sílice se convierte en tetracloruro de silicio cuando se electroliza la salmuera contaminada.

Reacciones

Hidrólisis y reacciones relacionadas

Al igual que otros clorosilanos o silanos, el tetracloruro de silicio reacciona fácilmente con el agua:

SiCl₄ + 2 H₂O → SiO₂ + 4 HCl

Por el contrario, el tetracloruro de carbono no se hidroliza fácilmente. La reacción se puede notar al exponer el líquido al aire; el vapor produce humos al reaccionar con la humedad para dar un aerosol de ácido clorhídrico en forma de nube.

Con los alcoholes reacciona para dar ésteres de ortosilicato:

SiCl₄ + 4 ROH → Si(OR)₄ + 4 HCl

Cloruros de polisilicio

A temperaturas más altas, se pueden preparar homólogos de tetracloruro de silicio mediante la reacción:

Si + 2 SiCl₄ → Si₃Cl₈

De hecho, la cloración del silicio va acompañada de la formación de hexaclorodisilano Si₂Cl₆. Una serie de compuestos que contienen hasta seis átomos de silicio en la cadena se pueden separar de la mezcla mediante destilación fraccionada.

Reacciones con otros nucleófilos

El tetracloruro de silicio es un electrófilo clásico en su reactividad. Forma una variedad de compuestos organosilícicos tras el tratamiento con reactivos de Grignard y compuestos organolitio:

4 RLi + SiCl₄ → R₄Si + 4 LiCl

La reducción con reactivos de hidruro produce silano.

Comparación con otros compuestos SiX4

Usos

El tetracloruro de silicio se utiliza como intermediario en la fabricación de polisilicio, una forma hiperpura de silicio, ya que tiene un punto de ebullición conveniente para la purificación mediante destilación fraccionada repetida. Se reduce a triclorosilano (HSiCl₃) mediante gas hidrógeno en un reactor de hidrogenación y se utiliza directamente en el proceso Siemens o se reduce aún más a silano (SiH₄) y se inyecta. en un reactor de lecho fluidizado. El tetracloruro de silicio reaparece en ambos procesos como subproducto y se recicla en el reactor de hidrogenación. Se realizó una epitaxia en fase de vapor de reducción de tetracloruro de silicio con hidrógeno a aproximadamente 1250 °C:

SiCl
₄g) + 2 H
₂g) → Si(s) + 4 HClg) a 1250° C

El polisilicio producido se utiliza en grandes cantidades como obleas en la industria fotovoltaica para células solares convencionales hechas de silicio cristalino y también en la industria de semiconductores.

El tetracloruro de silicio también se puede hidrolizar a sílice pirógena. El tetracloruro de silicio de alta pureza se utiliza en la fabricación de fibras ópticas. Este grado debe estar libre de impurezas que contengan hidrógeno como el triclorosilano. Las fibras ópticas se fabrican mediante procesos como MCVD y OFD, donde el tetracloruro de silicio se oxida a sílice pura en presencia de oxígeno.

Como materia prima en la producción de sílice fundida.

Cuestiones medioambientales y de seguridad

En China se ha informado de la contaminación procedente de la producción de tetracloruro de silicio asociada con el aumento de la demanda de células fotovoltaicas que ha sido estimulada por programas de subvenciones. La MSDS señala que se debe "evitar todo contacto". ¡En todos los casos consulte al médico!... la inhalación provoca dolor de garganta y sensación de ardor".