실레인

3. 제법

실레인은 여러 경로로 생산될 수 있다.^[7] 일반적으로 수소 염화물과 규소화 마그네슘의 반응으로 생성된다.

실레인의 제조법은 크게 산업적 제조법과 실험실적 제조법으로 나눌 수 있다. 산업적 제조법은 대량 생산에 적합하며, 실험실적 제조법은 소규모 생산이나 연구 목적에 적합하다.

3. 1. 산업적 제조법

3. 2. 실험실적 제조법

4. 응용

실레인은 주로 반도체 산업에서 박막 증착, 특히 화학 기상 증착(CVD) 공정을 통해 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 산화막 등을 형성하는 데 사용된다. 저가 태양광 발전 모듈 제조에 사용되는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 증착에도 활용된다. 유기실리콘 화학 분야에서 다양한 유기실란 화합물의 전구체로 사용된다.^[17]

5. 위험성 및 안전 대책

실레인은 약한 결합과 수소로 인해 발화성 가스(54°C 이하의 온도에서 자연 발화 가능)이다.^[23] 공기 중에서 자연 발화하고 물, 할로겐과 반응하기 때문에 매우 위험하다. 실레인 누출로 인한 연소 및 폭발로 치명적인 산업 재해가 여러 건 보고되었다.^[20][21][22]

실레인의 연소 반응식은 다음과 같다.

:$\backslash Delta\; H\; =\; -1517\; \backslash text\{\; kJ/mol\; \}\; =\; -47.23\; \backslash text\{\; kJ/g\}$

희박 혼합물의 경우 실레인 소비 과정과 수소 산화 과정으로 구성된 2단계 반응 과정이 제안되었다. 응축열은 열 피드백으로 인해 연소 속도를 증가시킨다.^[24]

질소나 아르곤과 같은 불활성 가스로 희석된 실레인 혼합물은 순수한 실레인에 비해 노출 시 훨씬 더 쉽게 점화된다. 심지어 순수한 질소에 1%의 실레인 혼합물도 공기에 노출되면 쉽게 점화된다.^[25]

메탄과 달리 실레인은 상당히 독성이 있다. 쥐의 공기 중 치사 농도(LC₅₀)는 4시간 노출 시 0.96%(9,600 ppm)이다. 또한 눈과의 접촉은 자극을 유발하는 규산을 형성할 수 있다.^[26]

근로자의 실레인 직업적 노출과 관련하여 미국 국립 산업 안전 보건 연구원(US National Institute for Occupational Safety and Health)은 8시간 시간 가중 평균으로 5ppm(7 mg/m³)의 권고 노출 기준을 설정했다.^[27] 공기 중의 산소에 의해 빠르게 산화되어 물과 이산화 규소로 분해되며, 실란의 농도가 높으면 착화원이 없어도 자발적으로 발화 연소한다. 연소와 함께 이산화 규소의 흄이 발생하므로 흡입하지 않도록 주의해야 한다. 또한, 자극성이 강하며, 흡입하면 폐기종을 일으킬 우려가 있다.

대량의 물로 냉각, 소화하는 경우도 있지만, 할로겐계 소화제의 사용은 금기이다.^[34] 이산화탄소, 분말 소화제를 사용하는 것이 좋다.

1991년 오사카 대학 실란 가스 폭발 사고에서는 산화제인 아산화 질소가 역지 밸브 O링을 부식시켜 실란 가스 봄베로 역류, 인화되어 결과적으로 2명이 사망하고 5명이 부상당하는 참사가 발생했다.^[35] 이후 특정 고압 가스로 지정되어 수량에 관계없이 신고가 필요하다.^[36]

대책으로, 전구체를 사용함으로써 간편하고 안전하게 취급하는 것이 가능한 방법이 개발되고 있다.^[37]

6. 폴리실란

폴리실란은 일반식 Si_''n''H_2''n''+2 (''n'' > 2)를 갖는 화합물의 총칭이다. 규소의 수를 규정할 수 있는 것은 올리고실란이라고도 불린다. 규소를 탄소로 치환한 알칸과는 성질이 상당히 다르며, 낮은 최저 전이 에너지를 갖는 등 흥미로운 성질을 나타낸다. 일반적으로 규소-규소 결합을 구축하는 반응으로는 할로실란의 알칼리 금속에 의한 울츠형 커플링만이 채용되기 때문에, 알칸에 비해 화합물의 다양성이 부족하다.

모체의 수소 치환체는 공기 중의 산소에 의해 폭발적으로 산화되어 자발적인 연소를 수반하므로 취급이 곤란하다. 따라서 규소상에 알킬 또는 아릴기를 갖는 유도체의 연구가 많다. 특수 고압 가스이다.

7. 유기실란

테트라메틸실란은 핵자기 공명 분광법에서 수소, 탄소 13, 그리고 규소 29의 핵종 표준 물질로 사용된다. 유기 화학에서는 일반식이 RR¹R²R³Si (각 치환기는 H 또는 유기기)로 표기되는 유도체의 총칭을 실란이라고 부르는 경우가 많다. 자세한 내용은 유기 규소 화합물 항목을 참조하면 된다.

참조

_[1] 서적 Haynes, p. 4.87
_[2] 서적 Haynes, p. 9.29
_[3] 서적 Haynes, p. 5.14
_[4] 간행물 PGCH|0556
_[5] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann
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_[7] 간행물 Silicon Compounds, Inorganic Ullmann
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_[9] 서적 A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry Longmans, Green and Co.
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_[11] 서적 A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry Longmans, Green and Co.
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