Tetrafluorsilan

Tetrafluorsilan (SiF₄), eine Siliciumverbindung aus der Gruppe der Siliciumtetrahalogenide. Es ist ein farbloses, giftiges, unbrennbares Gas. In der Halbleiterindustrie entsteht Siliciumtetrafluorid beim Entfernen von Siliciumdioxid-Schichten auf Wafern mittels Flusssäure.

Strukturformel
Keile zur Verdeutlichung der Geometrie
Allgemeines
Name	Tetrafluorsilan
Andere Namen	Silicium(IV)-fluorid Siliciumtetrafluorid
Summenformel	SiF4
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit stechendem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7783-61-1 EG-Nummer 232-015-5 ECHA-InfoCard 100.029.104 PubChem 24556 Wikidata Q413140
Eigenschaften
Molare Masse	104,1 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	4,372 kg·m−3 (15 °C)
Sublimationspunkt	−95,2 °C
Löslichkeit	hydrolysiert in Wasser
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H: 280​‐​330​‐​314 EUH: 071 P: 260​‐​280​‐​303+361+353+315​‐​304+340+315​‐​305+351+338+315​‐​403​‐​405
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Herstellung

Verfahren 1

Hergestellt wird es aus Calciumfluorid und Siliciumdioxid (Sand) mit konzentrierter Schwefelsäure. Folgende Reaktionen laufen ab: Umsetzung von Fluorit zu Fluorwasserstoff

$\mathrm {H_{2}SO_{4}+CaF_{2}\rightarrow 2\;HF+CaSO_{4}}$

Der Fluorwasserstoff reagiert dann mit dem SiO₂

$\mathrm {4\;HF+SiO_{2}\rightarrow SiF_{4}+2\;H_{2}O}$

Unter Säureüberschuss wird die Hydrolyse von SiF₄ verhindert.

Das so erhaltene SiF₄ ist allerdings nur 80 bis 90%ig. Es enthält sauerstoffhaltige Produkte wie F₃Si–O–SiF₃ oder F₃Si–O–SiF₂–O–SiF₃. Beim Transport von SiF₄ in Pipelines zerfallen diese Moleküle in SiF₄ und SiO₂. Dabei setzt das SiO₂ die Rohrleitungen zu. Die chemische Industrie hatte das Verfahren des Transportes von SiF₄ in Pipelines anstelle des gefährlicheren Fluorwasserstoffs entwickelt, um entferntere Produktionsstätten per Pipeline mit Fluoriden zu versorgen. Aufgrund der geschilderten Probleme fand dieses Verfahren jedoch keine Verbreitung.

Verfahren 2

Beim Erhitzen von Bariumfluorosilikat entsteht SiF₄, es kann auch Ammoniumhexafluorosilicat oder die Hexafluorokieselsäure selbst verwendet werden:

$\mathrm {BaSiF_{6}\rightarrow BaF_{2}+SiF_{4}\ }$

$\mathrm {H_{2}SiF_{6}\rightarrow 2\ HF+SiF_{4}}$

Verfahren 3

Im Labormaßstab lässt sich Tetrafluorsilan durch Umsetzung von Tetrachlorsilan mit Calciumfluorid bei 450 bis 500 °C darstellen:

$\mathrm {SiCl_{4}+2CaF_{2}\rightarrow SiF_{4}+\ 2\ CaCl_{2}}$

Eigenschaften

Siliciumtetrafluorid hat einen stechenden Geruch und ist bei Feuchtigkeit stark rauchend, wobei der Rauch aus Fluorokieselsäure und Siliciumdioxid besteht. Es wechselt beim Abkühlen durch Resublimation von der gasförmigen Phase direkt in die feste Phase. Das Gas ist ab einem Druck von 50 atm verflüssigbar. Seine kritische Temperatur liegt bei −14,15 °C, sein kritischer Druck bei 37,2 bar, seine Tripelpunkttemperatur bei −86,8 °C und sein Tripelpunktdruck bei 2,240 bar.

Weblinks

Commons: Siliciumtetrafluorid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• International Chemical Safety Card (ICSC) für Tetrafluorosilane bei der International Labour Organization (ILO)

Einzelnachweise

Halogensilane

Monofluorsilan | Difluorsilan | Trifluorsilan | Tetrafluorsilan

Monochlorsilan | Dichlorsilan | Trichlorsilan | Tetrachlorsilan

Monobromsilan | Dibromsilan | Tribromsilan | Tetrabromsilan

Monoiodsilan | Diiodsilan | Triiodsilan | Tetraiodsilan