ケイ化物

ケイ化物(シリサイド、Silicide)は、ケイ素と(通常は)より(電気的陽性)な元素との化合物である。

ケイ素は炭素と比べてより(電気的陽性)である。ケイ化物は構造的に炭化物よりもホウ化物に近い。

ホウ化物や炭化物と同様に、ケイ化物の組成は共有結合分子として簡単には規定できない。ケイ化物の化学結合は、導電的な金属的構造から共有結合的またはイオン結合的までの幅がある。全ての遷移金属以外のケイ化物は、ベリリウムを除いて記述されている。

水銀、タリウム、ビスマス、鉛は、液体シリコンと混和する。

ケイ化物のケイ素原子は、多くの構造を持つことができる。

• 孤立Si原子: 導電性をもつCu₅Si、(V,Cr,Mn)₃Si、Fe₃Si、Mn₃Si、非伝導性の(Mg,Ge,Sn,Pb)₂Si、(Ca,Ru,Ce,Rh,Ir,Ni)₂Si
• Si₂対: U₃Si₂、Hf、Thのケイ化物
• Si₄四面体:KSi、RbSi、CsSi
• Si_n鎖: USi、(Ti、Zr、Hf、Th、Ce、Pu)Si、CaSi、SrSi、YSi
• 平面六角形グラファイト的Si層: β-USi₂、その他のランタノイドやアクチノイドのケイ化物
• 波形六角形Si層: CaSi₂
• 開放3次元Si骨格: SrSi₂, ThSi₂, α-USi₂

自己整合プロセスで作られたシリサイドはサリサイドと呼ばれる。シリコンとその上に堆積した金属(アニーリング後にシリサイドの金属成分になる)が直接接触する領域でのみシリサイド接触が形成する。よってプロセスは自動的に位置調整（自己整合）されている。これは一般的にMOS/CMOSプロセスでソース/ドレイン、poly-Siゲートのオーミック接触を作るために行われる。

Na₂SiとCa₂Siなど第1族と第2族のケイ化物は、水と反応して水素とシランの両方またはいずれかを生成する。

2012年のコンシューマー・エレクトロニクス・ショー(CES)では、 水で動くケイ化ナトリウムを使った安全で環境に優しい1kWhまたは3kWh容量の携帯電話充電器が電力供給網から離れて時間を過ごす人々向けとして紹介された。塩水を含むどんな水でも使うことができ、水たまりでも動き泥やその他の堆積物で濃くならない。^[1]

一方で遷移金属ケイ化物は通常、フッ化水素酸を除いた全ての水溶液とは反応しない。しかし赤熱した場合は、融解した水酸化カリウムやフッ素や塩素などのより反応性の高い物質と反応する。

ケイ化マグネシウムが塩酸HCl(aq)中に置かれたとき、シランSiH₄が発生する。シランはメタンCH₄に似た構造をもつが、より反応性が高い。 シランは(自然発火性)、つまり空気中では酸素が存在するため自発的に燃焼する。

Mg₂Si(s) + 4HCl(aq) → SiH₄(g) + 2MgCl₂(s)

SiH₄ + 2O₂ → SiO₂ + 2H₂O

これらの反応は、(第2族)ケイ化物で一般的である。Mg₂Siは硫酸とも同様に反応する。(第1族)ケイ化物はさらに反応性が高い。例えばケイ化ナトリウムNa₂Siは水と直ちに反応し、ケイ酸ナトリウムNa₂SiO₃と水素ガスを生成する。

例

• (ケイ化ニッケル), NiSi
• (ケイ化ナトリウム), Na₂Si
• ケイ化マグネシウム, Mg₂Si
• (ケイ化白金), PtSi (白金は実際はケイ素よりも電気陰性である)
• (ケイ化チタン), TiSi₂
• (ケイ化タングステン), WSi₂
• 二ケイ化モリブデン, MoSi₂

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関連項目

• (ケイ素の二元化合物)
• ケイ酸塩鉱物

参考文献

1. ^ “Mobile phone charger that runs on water invented for 'people who spend time away from the electricity grid'” (2012年1月12日). 2021年3月25日閲覧。

外部リンク

• (グリーンウッド, ノーマン); アーンショウ, アラン (1997). Chemistry of the Elements (英語) (2nd ed.). (バターワース＝ハイネマン)（英語版）. ISBN 978-0-08-037941-8。