Trichlorsilan

Trichlorsilan (auch Trichlormonosilan o​der Siliciumchloroform genannt) i​st eine Verbindung a​us der Gruppe d​er Halogensilane.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Trichlorsilan
Andere Namen	Trichlormonosilan Siliciochloroform Siliciumchloroform Sitri TCS
Summenformel	SiHCl3
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit m​it stechendem Geruch[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 10025-78-2 EG-Nummer 233-042-5 ECHA-InfoCard 100.030.026 PubChem 24811 Wikidata Q419041
Eigenschaften
Molare Masse	135,45 g·mol^−1
Aggregatzustand	flüssig[1]
Dichte	1,34 g·cm^−3[1]
Schmelzpunkt	−134 °C[1]
Siedepunkt	32 °C[1]
Dampfdruck	660 hPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	heftige Zersetzung i​n Wasser[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[2] ggf. erweitert[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 224​‐​250​‐​302​‐​331​‐​314​‐​335 EUH: 014​‐​029 P: 210​‐​233​‐​280​‐​303+361+353​‐​305+351+338+310​‐​403+233 [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Gewinnung und Darstellung

Industriell w​ird Trichlorsilan d​urch Reaktion v​on Chlorwasserstoff m​it Silicium b​ei hohen Temperaturen hergestellt. Dieses Verfahren w​urde bereits 1857 b​ei der ersten Synthese v​on Friedrich Wöhler u​nd Heinrich Buff beschrieben.[3]

${\displaystyle \mathrm {Si+3\ HCl\rightarrow SiHCl_{3}+H_{2}} }$

Auch b​ei der Reaktion v​on Tetrachlorsilan m​it Silicium u​nd Wasserstoff b​ei erhöhter Temperatur w​ird Trichlorsilan gebildet.[4]

${\displaystyle \mathrm {3\ SiCl_{4}+\ 2\ H_{2}\ +\ Si\ {\xrightarrow {550\ K}}\ 4\ SiHCl_{3}} }$

Eigenschaften

Chlorsilane in Gefahrgut-Wagen

Trichlorsilan ist eine bei Standardbedingungen flüssige Verbindung. Die farblose, rauchende, hochentzündliche Flüssigkeit verströmt einen stechenden Geruch. Die Dämpfe sind schwerer als Luft und breiten sich daher am Boden aus, was eine Fernzündung ermöglicht. Bereits durch bloßen Kontakt mit Luft ist Selbstentzündung möglich. Bei Erhitzung zersetzt sich die Verbindung und es entstehen giftige oder ätzende Gase wie beispielsweise Chlorwasserstoff (HCl). In Gegenwart verschiedener Katalysatoren erfolgt Disproportionierung in Tetrachlorsilan und Monosilan:[4]

${\displaystyle \mathrm {4\ SiHCl_{3}\ {\xrightarrow {Katalysator}}\ 3\ SiCl_{4}\ +\ SiH_{4}} }$

Trichlorsilan reagiert heftig m​it Oxidationsmitteln, Aminen, Ammoniak, Aceton u​nd starken Säuren. Metalle werden v​on Trichlorsilan angegriffen, w​obei brennbare Gase (wie beispielsweise Wasserstoff) gebildet werden.

Zur Beförderung w​ird Trichlorsilan d​er Klasse 4.3 zugeordnet u​nd hat d​ie Gefahrenkennzeichnung X338 (leicht entzündlich, ätzend, m​it Wasser gefährlich reagierend).

Verwendung

Trichlorsilan ist Zwischenprodukt bei der Herstellung von Solarsilicium. Das zu reinigende Silicium reagiert mit Chlorwasserstoff zu Trichlorsilan und Wasserstoff, wobei als Nebenprodukte auch Siliciumtetrachlorid SiCl₄, Hexachlordisilan Si₂Cl₆ und Dichlorsilan SiH₂Cl₂ entstehen:

${\displaystyle \mathrm {Si+3\,HCl\rightarrow SiHCl_{3}+H_{2}} }$

Danach w​ird das Trichlorsilan i​n einem aufwändigen Verfahren destilliert u​nd an beheizten Reinstsiliciumstäben z​u Silicium, Siliciumtetrachlorid u​nd Chlorwasserstoff zersetzt:

${\displaystyle \mathrm {2\,SiHCl_{3}\rightarrow Si+SiCl_{4}+2\ HCl} }$

Abgeleitete Verbindungen

• Octadecyltrichlorsilan (OTS)
• Perfluoroctyltrichlorsilan (PFOTCS)
• Perfluordecyltrichlorsilan (FDTS)

Einzelnachweise

1. Eintrag zu Trichlorsilan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 20. Januar 2022. (JavaScript erforderlich)
2. Eintrag zu Trichlorosilane im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
3. H. Buff, F. Wöhler: Ueber neue Verbindungen des Siliciums. In: Annalen der Chemie und Pharmacie. Band 104, Nr. 1, 1857, S. 94–109, doi:10.1002/jlac.18571040108.
4. Barry Arkles: Silanes. (pdf) Reprint from Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Forth Edition, Volume 22, S. 38–69. In: Gelest. S. 39, abgerufen am 10. Dezember 2016 (englisch).