사플루오린화 규소

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1. 개요
2. 생성
- 2.1. 산업적 생성
- 2.2. 실험실적 제법
3. 활용
4. 안전성
5. 한국 내 현황 및 문제점
참조

1. 개요

사플루오린화 규소(SiF₄)는 인산염 비료 생산의 부산물로 생성되며, 기체 불화 수소와 규산염의 반응으로도 얻을 수 있다. 실험실에서는 육플루오로규산 바륨을 가열하여 제조한다. 산업적으로는 인산염 비료 습식 공정에서 불산이 인광석의 규산염과 반응하여 생성되며, 화산 가스 및 자연 발화된 석탄 화재에서도 배출된다. 사플루오린화 규소는 마이크로일렉트로닉스 및 유기 합성, 플루오르규산 생산에 사용된다. 과거에는 다결정 실리콘 생산을 위한 저렴한 원료로 연구되었으며, 실레인 생산에도 활용되었다. 부식성이 있으며, 피부와 눈에 자극을 유발하고 흡입 시 치명적일 수 있다.

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사플루오린화 규소 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
사플루오린화 규소
사플루오린화 규소
IUPAC 명칭	테트라플루오로실레인 사플루오린화 규소
다른 이름	플루오린화 규소 플루오로산 공기
스마일즈 (SMILES)	F[Si](F)(F)F
캐스 등록번호 (CAS No.)	7783-61-1
유니 (UNII)	K60VCI56YO
펍켐 (PubChem) 아이디	24556
RTECS 번호	VW2327000
속성
화학식	SiF₄
몰 질량	104.0791 g/mol
외관	무색 기체, 습한 공기에서 발연
밀도	1.66 g/cm³, 고체 (−95 °C) 4.69 g/L (기체)
용해도	분해됨
녹는점	-95.0 °C
끓는점	-90.3 °C
임계 온도	-14.15 °C, 36.71 atm
구조
분자 모양	사면체
쌍극자 모멘트	0 D
위험성
외부 물질안전보건자료 (SDS)	ICSC 0576
주요 위험	유독성, 부식성
NFPA 704	보건: 3 화재: 0 반응성: 2 특수: W
최소 치사 농도 (LCLo)	69,220 mg/m³ (쥐, 4시간)
관련 화합물
다른 음이온	사염화 규소 사브롬화 규소 사아이오딘화 규소
다른 양이온	테트라플루오린화 탄소 사플루오린화 저마늄 사플루오린화 주석 사플루오린화 납
다른 화합물	헥사플루오로규산

2. 생성

사플루오린화 규소(SiF₄)는 다양한 경로를 통해 생성될 수 있다. 산업적으로는 주로 인산염 비료 생산 과정에서 부산물로 얻어지며, 기체 상태의 불화 수소(HF)가 규산염과 반응할 때도 생성된다. 실험실에서는 헥사플루오로규산 바륨(BaSiF₆) 고체를 300°C 이상으로 가열하여 휘발성 SiF₄를 얻는 방법 등이 사용된다.^[17]

2. 1. 산업적 생성

사플루오린화 규소(SiF₄)는 주로 인산염 비료를 습식 공정으로 생산하는 과정에서 부산물로 얻어진다.^[8] 이 공정은 인광석에 불순물로 포함된 플루오르아파타이트를 처리하면서 시작된다. 플루오르아파타이트가 분해될 때 생성되는 불산(HF)이 인광석 내의 규산염 불순물과 반응하여 사플루오린화 규소를 만든다.^[8] 구체적으로, 불산(HF)은 이산화 규소(SiO₂)와 반응하여 육플루오로규산(H₂SiF₆)을 형성하며, 이 과정에서 사플루오린화 규소가 함께 발생한다.^[8]

반응식: 6 HF + SiO₂ → H₂SiF₆ + 2 H₂O

또한, 사플루오린화 규소는 자연에서도 발생한다. 화산 가스에는 상당량의 사플루오린화 규소가 포함되어 있으며, 화산 활동이 활발할 때는 하루에 수 톤에 달하는 양이 배출될 수 있다.^[6]^[20] 자연적으로 발화된 석탄 화재 현장에서도 사플루오린화 규소가 배출되는 것이 관찰되었다.^[7]

생성된 사플루오린화 규소는 부분적으로 가수 분해되어 육플루오로규산을 형성하기도 한다.^[20]

2. 2. 실험실적 제법

실험실에서는 육플루오로규산 바륨(Ba[SiF₆])을 300°C 이상으로 가열하여 제조한다. 이 과정에서 고체 육플루오로규산 바륨은 휘발성 사플루오린화 규소(SiF₄)를 방출하고 플루오린화 바륨(BaF₂) 잔류물을 남긴다.^[17]

: Ba[SiF₆] → BaF₂ + SiF₄ (300°C 이상 가열)

이 반응에 필요한 육플루오로규산 바륨은 헥사플루오로규산(H₂SiF₆) 수용액과 염화 바륨을 반응시켜 얻는다.^[17]

다른 방법으로는 육플루오로규산 나트륨(Na₂[SiF₆])을 400°C에서 600°C 사이의 온도로 열 분해하는 방법이 있다.^[9]

: Na₂[SiF₆] → 2NaF + SiF₄ (400°C–600°C에서 열 분해)

3. 활용

이 휘발성 화합물은 마이크로일렉트로닉스 및 유기 합성 분야에서 제한적으로 사용된다.^[10]^[19] 또한 플루오르규산 생산에도 사용된다.^[5]

1980년대에 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)는 저가 태양 전지 어레이 프로젝트의 일환으로,^[11] 유동층 반응기에서 다결정 실리콘 생산을 위한 잠재적으로 저렴한 원료로서 사플루오린화 규소를 연구했다.^[12] 이 생산 공정에 사플루오린화 규소를 사용하는 몇 가지 방법은 특허를 받았다.^[9]^[13]

1980년대에 에틸사(Ethyl Corporation)는 육플루오르규산과 알루미늄 수소화 나트륨 NaAlH₄ (또는 다른 알칼리 금속 수소화물)을 사용하여 실레인 SiH₄을 생산하는 공정을 개발했다.^[14]

4. 안전성

2001년 뉴저지주 당국은 사플루오린화 규소를 부식성이 있으며 피부와 눈을 심하게 자극하거나 화상을 입힐 수 있는 유해 물질로 지정했다.^[5] 흡입 시 치명적일 수 있다.^[15] 사플루오린화 규소는 부분적으로 가수 분해되어 육플루오로규산을 형성한다.^[6]^[20] 화산 가스에는 상당량의 사플루오린화 규소가 포함되어 있으며, 하루 생산량이 수 톤에 이를 수 있다.^[6]^[20] 또한 일부는 자연 발화된 석탄 화재에서도 배출된다.^[7]

5. 한국 내 현황 및 문제점

(해당 섹션에 적합한 내용을 원본 소스에서 찾을 수 없습니다.)

참조

_[1] 간행물 Silicon Compounds, Silicon Halides John Wiley & Sons, Inc
_[2] 서적 CRC Handbook of Thermophysical and Themochemical Data https://api.pageplac[...] CRC Press
_[3] 문서 Fluorides (as F)
_[4] 논문 An Account of Some Experiments on Different Combinations of Fluoric Acid
_[5] 웹사이트 Hazardous Substance Fact Sheet https://nj.gov/healt[...] New Jersey Department of Health and Senior services 2001-11
_[6] 논문 High SiF4/HF ratio detected in Satsuma-Iwojima volcano's plume by remote FT-IR observation http://www.terrapub.[...]
_[7] 간행물 First multi-tool exploration of a gas-condensate-pyrolysate system from the environment of burning coal mine heaps: An in situ FTIR and laboratory GC and PXRD study based on Upper Silesian materials
_[8] 서적 Inorganic Syntheses
_[9] 특허 Patent Silicon tetrafluoride generation
_[10] 간행물 Silicon(IV) Fluoride John Wiley & Sons
_[11] 서적 Photovoltaic Solar Energy Conference Springer Netherlands 1981
_[12] 논문 Low-temperature preparation of polycrystalline silicon from silicon tetrachloride https://dx.doi.org/1[...] 1982-09-01
_[13] 특허 Method for the production of polycrystalline silicon
_[14] 웹사이트 The Ethyl Corporation Process: Silane and Fluidised Bed Reactor http://energyprofess[...] 2015-08-11
_[15] 웹사이트 SAFETY DATA SHEET: Silicon Tetrafluoride https://www.airgas.c[...] Airgas 2018-04-09
_[16] 논문 An Account of Some Experiments on Different Combinations of Fluoric Acid http://links.jstor.o[...]
_[17] 간행물 Silicon Tetrafluoride McGraw-Hill: New York
_[18] 간행물 Germanium Tetrafluoride McGraw-Hill: New York
_[19] 간행물 Silicon(IV) Fluoride John Wiley & Sons
_[20] 논문 High SiF4/HF ratio detected in Satsuma-Iwojima volcano's plume by remote FT-IR observation http://www.terrapub.[...]
_[21] 간행물 Silicon Compounds, Silicon Halides John Wiley & Sons, Inc
_[22] 웹인용 SAFETY DATA SHEET: Silicon Tetrafluoride https://www.airgas.c[...] Airgas 2018-04-09
_[23] 문서 Fluorides (as F)
_[24] 저널 An Account of Some Experiments on Different Combinations of Fluoric Acid

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