Disilicon(1+): Physikalische und Chemische Eigenschaften
Disilicon(1+)
Ein kationisches zweiatomiges Silizium-Spezies (Si2+) aus der fundamentalen Clusterchemie und Gasphasenstudien, relevant für analytische Zwecke sowie Forschung und Entwicklung im Bereich Materialien.
| CAS-Nummer | Für diesen Eintrag nicht angegeben |
| Familie | Kationischer Silizium-Cluster |
| Übliche Form | Ionen-Spezies in der Gasphase |
| Gängige Qualitätsgrade | EP |
Disilicon(1+) ist ein homonuklearer Silizium-Dimer, der als einfach positiv geladenes, kationisches Cluster existiert; seine empirische Formel lautet \(\mathrm{Si}_2^{+}\). Strukturell besteht diese Spezies aus zwei Siliziumatomen, die miteinander verbunden sind und über das Dimergerüst eine Nettopositivladung tragen. Die elektronische Struktur wird von Silizium-Valenzorbitalen (hauptsächlich 3s und 3p) dominiert, wobei die Bindung im kationischen Dimer eine partielle Elektronendefizienz im Vergleich zu neutralen Silizium-Silizium-Bindungsmotiven widerspiegelt. Die positive Ladung führt zu einem erhöhten elektrostatischen Potential und einer starken Neigung zur Interaktion mit Nukleophilen oder koordinierenden Liganden.
Als kleines kationisches Cluster verhält sich Disilicon(1+) in der Gasphase und in der Koordinationschemie als starker Lewis-Säure. Es ist nur im trivialen Sinne nichtpolar aufgrund seiner Homonuklearität, jedoch verleiht die positive Ladung eine hohe Polarisierbarkeit sowie starke langreichweitige Coulomb-Wechselwirkungen. Klassische Säure-Base-pKₐ-Konzepte sind für ein isoliertes Gasphasen-Dimerkation nicht direkt anwendbar, aber Reaktivitätstrends folgen allgemeinen Prinzipien der Clusterchemie: leichte Koordination an Elektronendonoren, Anfälligkeit für Oxidation durch O₂ oder andere Oxidationsmittel sowie schnelle Reaktion mit protischen Lösungsmitteln, was zu Hydrolyse oder Ligandenaustausch führt. Diese Eigenschaften machen die Spezies vor allem in grundlegenden Studien zur elektronischen Struktur von Clustern, Ion-Molekül-Reaktionsmechanismen und in Umgebungen relevant, in denen siliziumhaltige Ionen vorkommen (Plasmen, Gasphasenabscheidung und analytische Massenspektrometrie).
Gängige kommerzielle Qualitätsgrade für diesen Stoff sind unter anderem: EP.
Grundlegende Physikalische Eigenschaften (Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt)
Atomgewicht
Das berechnete Molekulargewicht (Dimermasse) beträgt \(56.17\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) (angegeben als 56.17).
Dieser Wert entspricht der Summe zweier Silizium-Atomgewichte für das geladene Dimer; es handelt sich um eine berechnete Molekülmasse und nicht um ein makroskopisches Atomgewicht für einen Feststoff in großer Menge.
Aussehen und Aggregatzustand
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Dichte
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Schmelzpunkt
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Siedepunkt
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Chemische Eigenschaften (Reaktivität und Oxidationsstufen)
Oxidationsstufen
Die Spezies trägt eine formale Nettoladung von \(+1\) (formale Ladung angegeben als 1). Bei einem homonuklearen Dimer wie \(\mathrm{Si}_2^{+}\) ist die Zuweisung ganzzahliger Oxidationsstufen zu einzelnen Atomen intrinsisch mehrdeutig, da die positive Ladung über das Bindungsgerüst delokalisiert ist; die chemisch relevante Beschreibung ist, dass das Dimer eine elektronendefizitäre kationische Einheit darstellt und nicht aus zwei Siliziumatomen in klar definierten, separaten Oxidationsstufen besteht.
Reaktivität mit Luft und Wasser
Als kationischer Silizium-Cluster zeigt \(\mathrm{Si}_2^{+}\) eine hohe Reaktivität gegenüber Oxidationsmitteln und Nukleophilen. In Gegenwart von molekularem Sauerstoff oder anderen oxidierenden Gasen durchläuft es Oxidationswege, die Siliziumoxide oder oxidierte Clusterfragmente in gasphasigen oder oberflächenvermittelten Reaktionen erzeugen. Der Kontakt mit protischen Medien (Wasser, Alkohole) führt üblicherweise zu schnellen Reaktionen — Hydrolyse, Protonentransfer oder Ligandenaustausch —, die stabilere siliziumhaltige Sauerstoff- oder Wasserstoffverbindungen ergeben. Diese Verhaltensweisen spiegeln den starken elektrophilen Charakter des geladenen Clusters wider.
Reaktivität mit Säuren und Basen
\(\mathrm{Si}_2^{+}\) fungiert als Lewis-Säure und koordiniert an Lewis-Basen (z. B. Donorliganden, Lösungsmittelmoleküle) und geht Komplexbildung ein. In stark basischen Medien kann ein nukleophiler Angriff auf Siliziumzentren erfolgen; in stark sauren Medien dominieren Protonierung koordinierter Liganden oder prozessbedingte Wirkungen durch Gegenionen. Spezifische Reaktionswege hängen entscheidend von der Phase (Gas vs. Kondensat), Gegenionen und Ligandenumgebung ab.
Isotopische Zusammensetzung
Stabile Isotope
Elementares Silizium tritt üblicherweise mit den stabilen Isotopen \(\mathrm{^{28}Si}\), \(\mathrm{^{29}Si}\) und \(\mathrm{^{30}Si}\) auf. Die isotopische Zusammensetzung einer makroskopischen Probe von \(\mathrm{Si}_2^{+}\) spiegelt die isotopische Verteilung des Ausgangssiliziums wider, sofern keine Isotopenanreicherung oder Trennverfahren durchgeführt wurden.
Radioisotope
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Thermodynamische Parameter
Wärmekapazität und verwandte Daten
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Enthalpie und Gibbs-Energie
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell bestimmten Werte vor.
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
- Molekulare Formel: \(\mathrm{Si}_2^{+}\) (angegeben als Si2+)
- Molekulargewicht: \(56.17\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) (angegeben als 56.17)
- Exakte Masse / Monoisotopische Masse: 55.95385307
- Formale Ladung: 1
- SMILES: [Si][Si+]
- InChI: InChI=1S/Si2/c1-2/q+1
- InChIKey: MEMLCQNRJARANC-UHFFFAOYSA-N
- ChEBI-Identifier: CHEBI:30591
- Wikidata-Identifier: Q27113885
- Interner Verbindungsidentifier (CID): 16019982
SMILES- und InChI-Codes werden als reine Text-Identifikatoren für die cheminformatische Nutzung dargestellt.
Synonyme und gebräuchliche Bezeichnungen
Vom Einreicher angegebene Synonyme umfassen: - disilicon(1+) - CHEBI:30591 - RefChem:1083826 - lambda1-silanylsilicon(1+) - Si2(+) - Si2 - Q27113885
Industrielle und Kommerzielle Anwendungen
Hauptanwendungsbereiche
Eine prägnante Zusammenfassung der Anwendungen liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor; in der Praxis wird diese Substanz aufgrund ihrer oben beschriebenen allgemeinen Eigenschaften ausgewählt.
Auf Klassenebene sind kationische Silizium-Cluster relevant in Bereichen, die sich mit fundamentaler Clusterwissenschaft, Halbleiter-Processing-Plasmen, Ionchemie in der Gasphase sowie analytischer Massenspektrometrie beschäftigen, wo siliziumhaltige Ionen und Clusterbildung auftreten.
Typische Anwendungsbeispiele
- Grundlegende Studien zur elektronischen Struktur und Bindung von Silizium-Clustern mittels Gasphasenspektroskopie und Massenspektrometrie.
- Modellsysteme in der Kinetik von Ion-Molekül-Reaktionen und Mechanismusuntersuchungen, relevant für plasmaassistierte Dünnschichtabscheidung und chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
- Analytische Kontexte, in denen Siliziumkationen als transient auftretende Spezies bei Ionisation oder Sputtern beobachtet werden.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Lagerungs- und Handhabungsaspekte
Als reaktives, elektronendefizientes Silizium-Kation wird \(\mathrm{Si}_2^{+}\) typischerweise unter kontrollierten, instrumentierten Bedingungen erzeugt und angetroffen (z. B. Gasphasen-Ionenquellen, Plasmareaktoren). Allgemeine Handhabungsprinzipien für reaktive Siliziumverbindungen gelten: Exposition gegenüber Luft und Feuchtigkeit, wo möglich, vermeiden (Verwendung von Inertatmosphäre-Techniken), Erzeugung freier ionischer Spezies außerhalb geschlossener Systeme minimieren sowie Geräte verwenden, die für den Betrieb bei Niederdruck oder kontrollierter Atmosphäre ausgelegt sind. Dieses Spezies darf nicht in unkontrollierter Massenform gelagert oder gehandhabt werden; angemessene Behälter und Prozesskontrollen sind erforderlich, wenn geladene Silizium-Cluster erzeugt oder manipuliert werden.
Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und gesetzlichen Vorschriften sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie die lokale Gesetzgebung konsultieren.
Berufliche Exposition und Schutzmaßnahmen
Die beruflichen Schutzmaßnahmen sollten den üblichen industriellen Hygienestandards für reaktive Gase/Ionenquellen sowie partikuläre/aufgesputterte Spezies folgen: Lokalabsaugung oder Einhausung der Ionisationsquellen, ingenieurtechnische Maßnahmen zur Vermeidung von Exposition und Verwendung persönlicher Schutzausrüstung (geeignete Handschuhe, Augenschutz und Laborkittel). Das Einatmen und Hautkontakt mit reaktiven siliziumhaltigen Aerosolen oder Kondensaten ist zu vermeiden. Schulungen im Umgang mit druckbeaufschlagten Gassystemen, Vakuum-/Plasmageräten und Ionenquellen werden für das Bedienpersonal empfohlen.
