Clorosilano
Il clorosilano o cloruro di silile è un alosilano avente formula H3Si-Cl, molecola analoga a quella del cloruro di metile H3C-Cl ed ad essa isoelettronica di valenza. A temperatura ambiente questo composto si presenta come un gas incolore, più denso dell'aria e molto reattivo.
| Clorosilano | |
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| Nome IUPAC | |
| monoclorosilano | |
| Nomi alternativi | |
| cloruro di silile, sililcloruro | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | SiH3Cl |
| Aspetto | gas incolore |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 236-705-7 |
| PubChem | 61622 |
| SMILES | [SiH3]Cl |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 1,145 |
| Solubilità in acqua | si decompone |
| Temperatura di fusione | -118 °C (155 K) |
| Temperatura di ebollizione | -30,4 °C (242,75 K) |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Punto di fiamma | -90 °C (183 K) |
| Simboli di rischio chimico | |
  
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Struttura molecolare e proprietà
modificaLa molecola, derivante formalmente da quella tetraedrica del silano (SiH4) per sostituzione di un H con un atomo di cloro, è ancora di tipo tetraedrico, ma non regolare, la cui simmetria è più bassa (C3v invece di Td);[1] questo accade poiché l'atomo di silicio centrale ibridato sp3[2] non è legato a quattro atomi uguali. Come atteso per la presenza del Cl che è più elettronegativo di Si e H, la molecola è polare (μ = 1,31 D),[3] ma parecchio meno di CH3Cl (1,8974 D[4]); la sua minore polarità si riflette anche in una maggiore volatilità rispetto ad esso, testimoniata dal punto di ebollizione più basso (-30,4 °C contro -24 °C.), come pure si verifica per i punti di fusione (-118 °C contro -97 °C).[5]
Da indagini spettroscopiche roto-vibrazionali (microonde e infrarosso) è stato possibile ricavare, tra l'altro, distanze ed angoli di legame:[6]
r(Si–H)) = 147,5 pm; r(Si–Cl) = 205,1 pm;
∠(HSiH) = 110,62°; ∠(HSiCl) = 108,295°.
I legami Si–H sono impercettibilmente più corti di quelli in SiH4 (148,0 pm[7]), mentre il legame Si–Cl è lievemente più lungo del normale (202 pm).[8]
Gli angoli HSiH sono un po' più ampi del valore tetraedrico di109,5°, mentre quelli HSiCl ne sono un po' minori: questo è in accordo con la ripartizione del carattere s e p nell'ibrido, che è in favore del primo per atomi meno elettronegativi, e viceversa, in accordo con la regola di Bent.[9][10]
Pur essendo termodinamicamente stabile (ΔHƒ° = -141,84 kJ/mol),[11] il clorosilano è estremamente reattivo nei confronti dell'ossigeno, pericolosamente infiammabile all'aria (può essere piroforico)[2] e estremamente reattivo nei confronti dell'umidità,[5] con la quale si idrolizza rapidamente, e ancor più velocemente con l'acqua, formando acido cloridrico e, inizialmente, il silanolo (H3Si-OH).[12]
Sintesi e reattività
modificaIl clorosilano si forma, in miscela con altri clorosilani SiH4-nCln, trattando il silano SiH4 con HCl in presenza di AlCl3 come catalizzatore; dato che i punti di ebollizione di questi clorosilani sono sufficientemente distanziati, è possibile recuperare ciascun componente per distillazione.[13] In laboratorio si ottiene più convenientemente, e più puro, facendo reagire il silano con cloruro di argento a 260 °C:[14]
SiH4 (g) + 2 AgCl (s) → SiH3Cl (g) + HCl (g) + 2 Ag (s)
Reagisce con l'ammoniaca per dare la trisililammina:[15]
3 SiH3Cl + 4 NH3 → (SiH3)3N + 3 NH4Cl
Reagisce con reattivi alchillitio per dare monoalchilsilani; ad esempio, con il butillitio fornisce il butilsilano:
SiH3Cl + n-BuLi → n-Bu-SiH3 + LiCl
Un'analisi della decomposizione termica (533 °C) mostra che SiH3Cl genera durante il processo il sililene SiHCl, che risulta dall'iniziale rapida eliminazione di una molecola di idrogeno, come accade comunemente anche per altri clorosilani e silani in genere.[16]
Note
modifica- ^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 12 febbraio 2023.
- ^ a b (EN) Silanes (PDF), su gelest.com, p. 39.
- ^ chlorosilane, su www.stenutz.eu. URL consultato l'11 febbraio 2023.
- ^ (EN) G. Wlodarczak, F. Herlemont e J. Demaison, Combined subdoppler laser-Stark and millimeter-wave spectroscopies: Analysis of the ν6 band of CH335Cl, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 112, n. 2, 1º agosto 1985, pp. 401–412, DOI:10.1016/0022-2852(85)90171-7. URL consultato il 2 agosto 2022.
- ^ a b CHLOROSILANE---Chemical Information Search, su www.chemicalbook.com. URL consultato il 10 febbraio 2023.
- ^ (EN) Structure of Free Polyatomic Molecules, DOI:10.1007/978-3-642-45748-7. URL consultato il 12 febbraio 2023.
- ^ D. R. J. Boyd, Infrared Spectrum of Trideuterosilane and the Structure of the Silane Molecule, in The Journal of Chemical Physics, vol. 23, n. 5, 1º maggio 1955, pp. 922–926, DOI:10.1063/1.1742148. URL consultato il 12 febbraio 2023.
- ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, Piccin, 1999, pp. A-25 - A-33, ISBN 88-299-1470-3.
- ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, 2ª ed., Piccin, 1999, pp. 231-236, ISBN 88-299-1470-3.
- ^ A. F. Holleman, E. Wiberg e N. Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2016, pp. 398-399, ISBN 978-3-11-026932-1.
- ^ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato il 10 febbraio 2023.
- ^ (EN) Silicon-Chlorine Bonded Molecules, su Engineering LibreTexts, 9 agosto 2016. URL consultato l'11 febbraio 2023.
- ^ (EN) César Ramírez-Márquez e Mariano Martín, Chapter 10 - Photovoltaic solar energy, Elsevier, 1º gennaio 2022, pp. 397–439, DOI:10.1016/b978-0-12-824324-4.00029-9, ISBN 978-0-12-824324-4. URL consultato l'11 febbraio 2023.
- ^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 339, ISBN 0-7506-3365-4.
- ^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 360, ISBN 0-7506-3365-4.
- ^ Thermal decomposition of chlorosilanes
Voci correlate
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