氢原子百科 
四氟化硅（Silicon tetrafluoride[8] ）又叫氟化硅、[2] 四氟甲硅烷[3]，是一种卤化物，[9]为无色气体，[4]结构为正四面体，[8]密度为1.66g/cm3（-95℃，固态），[5]熔点为-90.2℃（在1.757×105Pa下）[6]，沸点为-86℃，[1]溶于乙醇、甲醇等，[6]遇水会发生水解反应，[6]也容易被碱溶液分解。[10]四氟化硅可与碱金属、铝、很多金属氧化物、碱金属氟化物等反应，[6]此外还可与某些有机化合物（丙酮、芳香族胺类等）形成加成产物。[11]
自然界中火山爆发时的烟雾中会含有大量的四氟化硅，大量的四氟化硅是工业上生产磷肥的副产物。可由氢氟酸与含硅矿石反应制得，也可由石英与氢氟酸反应，或由萤石粉和石英砂的混合物与浓硫酸作用来制得。在实验室可用氟硅酸与氯化钡为原料制得，也可用直接由单质硅和F2制得。[5]
四氟化硅在电子和半导体行业中主要作为氮化硅、硅化钽等的蚀刻剂和高纯石英玻璃的原料，还可用于制备电子级硅烷或硅、太阳能电池、氟硅酸和氟化铝等。此外，四氟化硅还可作为氟化剂、催化剂、蒸熏剂、水泥和人造大理石的硬化剂以及用于化学分析、油井钻探、镁合金浇铸等。[12]但四氟化硅具有一定毒性，急性毒性属于中等毒类，[13]人体吸入可能导致咳嗽、灼烧感、呼吸短促以及呼吸困难等，但是症状可能推迟显现。[14]
相关历史
1771年，舍勒用硅石（SiO2）与氢氟酸作用，生成一种无色有刺激气味的、在空气中冒烟的气体—四氟化硅。[15]后来，1811年，法国化学家盖·吕萨克和泰纳尔也应用二氧化硅与氢氟酸进行反应，先制得四氟化硅，再将四氟化硅与钾蒸汽共热，最早提取到单质硅。[16]
物理性质
四氟化硅是正四面体结构，偶极矩为零，[8]相对分子量为104.079，[1]为无色气体，具有窒息气味，[4]吸湿性强，[6]蒸气相对密度为3.6，[17]熔点为-90.2℃（在1.757×105Pa下），沸点为-86℃，比热容为0.708kJ/(kg·K)，临界温度为14.15±0.02℃，临界压力为37.15±0.05Pa，升华热为25.72kJ/mol（在177.7K和1.01325×105Pa时），融化热为7.03kJ/mol（在182.9K和1.759×105Pa时），蒸发热为18.65kJ/mol（182.9K和1.759×105Pa），蒸气压为1126.9～1.27×105TPa，升华压为1395.7~1.804×105/TPa。[6]四氟化硅易溶于乙醇，遇水会发生反应，[1]其在不同溶剂中的溶解度如下：[6]
| 溶 剂 | 醋 酸 | 丙 酮 | 丁 醇 | 无水乙醇 | 95%乙醇 | 甘 油 | 乙二醇 | 异丙醇 | 甲 醇 |
| g/100g溶剂 | 1.1 | 3.1 | 23.4 | 36.4 | 38.1 | 5.7 | 26.2 | 28.2 | 32.8 |
| 参考资料：[6] | |||||||||
化学性质
四氟化硅不和氢起反应（在太阳光中），也不与下列物质起反应：碳、磷、碘、大部分的其他非金属，锌、汞、H₂S、HNO₃ 、N₂O₂、N₂O₅、熔融氯酸钾及无水碱金属的碳酸盐和硼酸盐。[6]但可与水、[6]碱溶液、[10]碱金属、金属氧化物、碱金属氟化物、金属铝、[6]氢化铝钠以及丙酮、芳香族胺类等有机化合物反应。[18][11]
水解反应
四氟化硅与水反应生成白色硅酸沉淀和氟化氢。若四氟化硅过量，其可继续与氢氟酸反应生成氟硅酸。[19]但是，无水氟化氢不与四氟化硅反应，因为氟硅酸仅存在于水溶液中。[6]
与碱溶液反应
四氟化硅也容易被碱溶液分解。[10]
与碱金属反应
当钠和钾受热在SiF4中燃烧时，可生成一种硅、碱金属氟化物和碱金属氟硅酸盐的混合物。[6]
与金属氧化物反应
四氟化硅与许多金属氧化物迅速反应生成相应的金属氟化物和二氧化硅。[6]
与碱金属氟化物反应
四氟化硅与碱金属氟化物反应生成氟硅酸盐。[6]
与金属铝反应
四氟化硅与铝一起加热时，也会发生于碱金属类似的反应，但很难把得到的硅-氟化铝混合物分离。[6]
与氢化铝钠反应
四氟化硅和氢化铝钠在甲醚/甲苯中反应生成硅烷和四氟化铝钠。[18]
与有机化合物反应
四氟化硅可与某些有机化合物形成加成产物，如丙酮、芳香族胺类和格林尼亚试剂等，四氟化硅与格林试剂反应所生成的R3SiF较相应的氯化物更为稳定。[11]
工业领域
四氟化硅在工业上可作为氟化剂、催化剂、蒸熏剂、油井钻探中的密封剂、水泥和人造大理石的硬化剂以及用于镁合金的浇铸等。[1][11]其中在预制水泥中使用四氟化硅后，也可增进耐蚀性、耐磨性、改善孔隙度和增加压缩强度。这是由于在混凝土凝固硬化过程中四氟化硅和氢氧化钙发生了反应，生成产物有效地改善了混凝土的物理性能。[11]此外，四氟化硅还可作为有机硅化合物的合成材料（烷基氟硅烷、芳香基氟硅烷等[20]），[5]以及用于生产纳米白炭黑（该方法制备的白炭黑的某些性能指标已经接近气相法白炭黑）。[21]
电子和半导体领域
四氟化硅在电子和半导体行业中主要用于氮化硅、硅化钽等的蚀刻剂、P型掺杂剂、外延沉积扩散硅源等，也可用于制备电子级硅烷或硅以及太阳能电池。此外，其还可作为高纯石英玻璃（用于光导纤维）的原料，它在高温火焰中水解可产生具有高比表面积的热沉二氧化硅。[12]
化学领域
在化学领域，四氟化硅除了可制取有机硅化物、氟硅酸和氟化铝外，还可用于化学分析。[3]例如，测量硅摩尔质量最佳的方法是采用SiF4气体测定硅同位素的丰度值，因为四氟化硅中的氟是单一同位素的元素，不需要对其进行同位素校正，灵敏度高，干扰少。[22]
制备
自然界中火山爆发时的烟雾中会含有大量的四氟化硅。其人工制备可分为工业制法和实验室制法。[5]
工业制法
副产回收法
氢氟酸法
氢氟酸与二氧化硅反应制得
氟磷灰石经硫酸处理后，会生成大量的氢氟酸，氢氟酸再与含硅矿石（或石英）发生反应，生成挥发性的四氟化硅气体。[5]
Si—HF直接合成法
在高于或等于250℃条件下使固体硅与HF反应来生产。[12]
硫酸法
六氟硅酸盐热解法
该方法采用Na2SiF6在惰性气体保护下于下热解，得到一个含SiF4的气体组分；该气体组分再与过量F2反应，使其中的硅氧烷杂质转化为SiF4。[12]
实验室制法
安全标识象形图
GHS分类
GHS危险说明危险等级H280含有压缩气体，加热时可能爆炸警告：压缩气体H300吞食会致命危险：口服会产生急性毒性H310皮肤接触致命危险：皮肤接触会产生急性毒性H314导致严重的皮肤烧伤和眼睛损伤危险：腐蚀/刺激皮肤H330吸入会致命危险：吸入会产生急性毒性H331吸入有毒危险：吸入会产生急性毒性参考资料：[1]
毒性
四氟化硅具有一定毒性，急性毒性属于中等毒类。[13]在动物实验中，小鼠致死浓度（LC）为220mg/m3，豚鼠LC为370mg/m3，[14]大鼠吸入LC50为2272ppm，[13]最小致死浓度（MLC）为530mg/m3，兔在540 mg/m3浓度下第8天死亡，猫的刺激阈浓度为20mg/m3。动物实验急性吸入后，主要见到有刺激症状，如抓鼻、喷嚏、痉挛样呼吸、闭眼、乱跑等。尸检见肺部充血、出血、水肿、气肿，小灶性支气管肺炎，肝、肾充血等。若人吸10mg/m3的浓度，半数人眼、鼻发酸，喉痒，口内异味，有时见鼻粘膜溃疡，因此四氟化硅对人的刺激阈浓度为10mg/m3。[14]
环境污染
含氟废气主要指含有氟化氢（HF）和四氟化硅（SiF4）的废气。冶金工业的电解铝、炼钢、铝加工会产生氟废气，[24]如特钢企业用来冶炼优质合金钢或超级合金钢的电渣炉等多使用氟系熔渣进行重熔冶炼，生产过程中由于萤石（CaF2）的水解而容易产生气态氟化物。[25]此外，化学工业的黄磷、磷酸、磷肥和氟塑料等生产过程，搪瓷厂上釉，陶瓷厂、砖瓦厂及玻璃厂在高温烧制时也会产生含氟废气。氟化物进入空气后，大部分随颗粒物沉降到地面，少部分以气态形式存在空气中，[24]可对水资源造成污染。在自然状态下，地下水含氟一般为1~3mg/L，高氟区可达10~20mg/L，高氟区往往形成地区性氟中毒。[26]四氟化硅也会对人体和植物产生危害，即使在浓度很低时对植物也有影响。[24]
人体危害
人体吸入可能导致喉咙痛、咳嗽、灼烧感、呼吸短促以及呼吸困难，但是症状可能推迟显现。皮肤接触会导致皮肤发红，如果接触的是液体，还可能导致冻伤；眼睛接触可导致眼睛发红。[17]
急救措施
如果不慎吸入或食入四氟化硅，先将受害者转移到空气新鲜的地方。如果受害者停止呼吸，需进行人工呼吸，但是不要进行口对口人工呼吸；在进行人工呼吸之前，要洗干净受害者的脸和嘴。如果是皮肤或眼睛接触到四氟化硅，需立即用水冲洗皮肤或眼睛至少20分钟，然后送医。[1]
消防
储存和运输
四氟化硅需要用耐火设备储存，并保存在通风良好的室内。其不得与食品和饲料一起运输。[17]
参考资料 26
- Silicon tetrafluoride — pubchem
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 四氟化硅 — 中国大百科全书
- 参考 6
- SILICON TETRAFLUORIDE — Noaa
- https://www.researchgate.net/publication/347553285_Share_'2020_SiF4_Published_paper
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 四氟化硅 — 国际化学品安全卡
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26