Tetracloruro di silicio

Tetracloruro di silicio
Nome IUPAC
	tetracloruro di silicio
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	SiCl4
Massa molecolare (u)	169,89
Aspetto	liquido incolore
Numero CAS	10026-04-7
Numero EINECS	233-054-0
PubChem	24816
SMILES	[Si](Cl)(Cl)(Cl)Cl
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	1,48
Temperatura di fusione	−70 °C (203 K)
Temperatura di ebollizione	57 °C (330 K)
Tensione di vapore (Pa) a 293 K	81500
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	−687
ΔfG0 (kJ·mol−1)	−619,8
S0m(J·K−1mol−1)	239,7
C0p,m(J·K−1mol−1)	145,3
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
	attenzione
Frasi H	315 - 319 - 335 - EUH014
Consigli P	261 - 305+351+338

Il tetracloruro di silicio o tetraclorosilano è il composto inorganico con la formula SiCl₄. Fa parte della classe dei composti molecolari. È un liquido volatile incolore che emette fumi nell'aria. Viene utilizzato per produrre silicio e silice di elevata purezza per applicazioni commerciali. Può essere considerato un omologo del tetracloruro di carbonio, in cui l'atomo di carbonio è rimpiazzato da un atomo di silicio. È solubile in benzene, toluene, cloroformio, etere dietilico^[3]

Preparazione

Il tetracloruro di silicio viene preparato mediante clorurazione di vari composti di silicio come ferrosilicio, carburo di silicio o miscele di diossido di silicio e carbonio. La via del ferrosilicio è la più comune^[4].

In laboratorio, il tetracloruro di silicio può essere preparato trattando il silicio con cloro:^[3]

{\ce {Si \ + \ 2Cl2 -> SiCl4}}

Fu preparato per la prima volta da Jöns Jakob Berzelius nel 1823.

La salamoia può essere contaminata con silice quando la produzione di cloro è un sottoprodotto di un processo di raffinazione del metallo dal minerale di cloruro di metallo. In rari casi, il diossido di silicio nella silice viene convertito in tetracloruro di silicio quando la salamoia contaminata viene elettrolizzata^[5].

Reazioni

Idrolisi e reazioni correlate

Come altri clorosilani, il tetracloruro di silicio reagisce facilmente con l'acqua:

{\ce {SiCl4 \ + \ 2H2O -> SiO2 \ + \ 4HCl}}

Al contrario, il tetracloruro di carbonio non si idrolizza facilmente. La reazione può essere notata all'esposizione del liquido all'aria, il vapore produce fumi mentre reagisce con l'umidità per dare un aerosol di acido cloridrico simile a una nuvola^[6].

Con alcoli ed etanolo reagisce per dare ortosilicato tetrametile e ortosilicato tetraetile:

{\ce {SiCl4 \ + \ 4ROH -> Si(OR)4 \ + \ 4HCl}}

Cloruri di polisilicio

A temperature più elevate si possono preparare omologhi del tetracloruro di silicio mediante la reazione:

{\ce {Si \ + \ 2SiCl4 -> Si3Cl8}}

Infatti la clorurazione del silicio è accompagnata dalla formazione di esaclorodisilano (Si₂Cl₆). Una serie di composti contenenti fino a sei atomi di silicio nella catena può essere separata dalla miscela mediante distillazione frazionata^[3].

Reazioni con altri nucleofili

Il tetracloruro di silicio è un elettrofilo classico nella sua reattività^[7]. Forma una varietà di composti di organosilicio dopo trattamento con reattivi di Grignard e reattivi di organo-litio:

{\ce {4RLi\ +\ SiCl4->R4Si\ +\ 4LiCl}}

La riduzione con i reagenti idruri permette di ottenere il silano.

Usi

Il tetracloruro di silicio viene utilizzato come intermedio nella produzione di silicio policristallino, una forma iperpura di silicio^[4], poiché ha un punto di ebollizione conveniente per la purificazione mediante distillazione frazionata ripetuta. Viene ridotto a triclorosilano (HSiCl₃) mediante gas idrogeno in un reattore di idrogenazione e utilizzato direttamente nella deposizione chimica da vapore o ulteriormente ridotto a silano (SiH₄) e iniettato in un reattore a letto fluidizzato. Il tetracloruro di silicio riappare in entrambi questi due processi come sottoprodotto e viene riciclato nel reattore di idrogenazione. L'epitassia di fase vapore del tetracloruro di silicio riducente con idrogeno a circa 1250 °C è stata eseguita secondo il seguente processo:

{\ce {SiCl4_{(g)}\ +\ 2H2_{(g)}->Si_{(s)}\ +\ 4HCl_{(g)}\,\,\,}}

a 1250 °C^[8]

Viene prodotto per reazione diretta del cloro gassoso su leghe ferro-silicio ad elevato contenuto di silicio (90% e oltre).

Il polisilicio prodotto viene utilizzato come wafer in grandi quantità dall'industria fotovoltaica per celle solari convenzionali in silicio cristallino e anche dall'industria dei semiconduttori.

Il tetracloruro di silicio può anche essere idrolizzato a silice pirogenica. Il tetracloruro di silicio di elevata purezza viene utilizzato nella produzione di fibre ottiche. Questo grado dovrebbe essere privo di idrogeno contenente impurità come il triclorosilano. Le fibre ottiche sono realizzate utilizzando processi come MCVD e OFD in cui il tetracloruro di silicio viene ossidato a silice pura in presenza di ossigeno.

Sicurezza e questioni ambientali

In Cina e in particolare nella regione dello Henan, è stato segnalato inquinamento dovuto alla produzione di tetracloruro di silicio, associato all'aumento della domanda di celle fotovoltaiche che è stata stimolata da programmi di sovvenzione^[9]. La scheda di sicurezza ricorda che si dovrebbe "evitare ogni contatto! In ogni caso consultare un medico! ... l'inalazione provoca mal di gola e sensazione di bruciore"^[10].

Note

^ ^a ^b (EN) Zumdahl, S.S., Chemical Principles, 6ª ed., Houghton Mifflin, 2009, p. A22, ISBN 978-06-18-94690-7.
^ scheda della sostanza su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
^ ^a ^b ^c (EN) P.W. Schenk, Phosphorus(V) fluoride, in Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, vol. 1, 2ª ed., New York, Academic Press, 1963, pp. 282–683.
^ ^a ^b (EN) Simmler, W., Silicon Compounds, Inorganic, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, DOI:10.1002/14356007.a24_001.
^ (EN) George Clifford White, The handbook of chlorination, 2ª ed., New York, Van Nostrand Reinhold, 1986, pp. 33–34, ISBN 0-442-29285-6.
^ (EN) M. Clugston e R. Flemming, Advanced Chemistry, Oxford University Press, 2000, p. 342, ISBN 978-01-99-14633-8.
^ N.N. Greenwood e A. Earnshaw, Chimica degli elementi, Edizioni PICCIN, 1991.
^ (EN) D.V. Morgan e K. Board, An Introduction To Semiconductor Microtechnology, 2ª ed., Chichester, John Wiley & Sons, 1991, p. 23, ISBN 0471924784.
^ Solar Energy Firms Leave Waste Behind in China - washingtonpost.com
^ (EN) International Chemical Safety Cards Tetrachlorosilane, su hazard.com.

Voci correlate

Altri progetti

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Controllo di autorità	GND (DE) 4351713-4

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[b1-1] (EN) Zumdahl, S.S., Chemical Principles, 6ª ed., Houghton Mifflin, 2009, p. A22, ISBN 978-06-18-94690-7.

[2] scheda della sostanza su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.

[Brauer-3] (EN) P.W. Schenk, Phosphorus(V) fluoride, in Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, vol. 1, 2ª ed., New York, Academic Press, 1963, pp. 282–683.

[Ullmann-4] (EN) Simmler, W., Silicon Compounds, Inorganic, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, DOI:10.1002/14356007.a24_001.

[5] (EN) George Clifford White, The handbook of chlorination, 2ª ed., New York, Van Nostrand Reinhold, 1986, pp. 33–34, ISBN 0-442-29285-6.

[6] (EN) M. Clugston e R. Flemming, Advanced Chemistry, Oxford University Press, 2000, p. 342, ISBN 978-01-99-14633-8.

[7] N.N. Greenwood e A. Earnshaw, Chimica degli elementi, Edizioni PICCIN, 1991.

[8] (EN) D.V. Morgan e K. Board, An Introduction To Semiconductor Microtechnology, 2ª ed., Chichester, John Wiley & Sons, 1991, p. 23, ISBN 0471924784.

[9] Solar Energy Firms Leave Waste Behind in China - washingtonpost.com

[10] (EN) International Chemical Safety Cards Tetrachlorosilane, su hazard.com.

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