Silano

composto chimico

Il silano, o tetraidruro di silicio,[2] è il più semplice composto chimico del silicio con l'idrogeno, avente formula chimica SiH4, analoga a quella del metano CH4. Da esso deriva il gruppo funzionale silile, –SiH3, analogo al metile –CH3. Questo gruppo compare in chimica organometallica, come pure il suo derivato trimetilsilile –Si(CH3)3, e compare anche nella cosiddetta chimica inorganometallica.[3]

Silano
Silane-2D.png
Silane-3D-vdW.png
Nome IUPAC
Tetraidruro di silicio
Nomi alternativi
silano
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareSiH4
Peso formula (u)32,10
Aspettogas incolore
Numero CAS7803-62-5
Numero EINECS232-263-4
PubChem23953
SMILES
[SiH4]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.)0,7×10³ (liquido)
Solubilità in acqualenta idrolisi
Temperatura di fusione−185 °C (88 K)
Temperatura di ebollizione−112 °C (161 K)
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)−1615 (solido)
S0m(J·K−1mol−1)283 (solido)
C0p,m(J·K−1mol−1)37,1
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
infiammabile gas compresso
pericolo
Frasi H220 - 280
Consigli P210 - 377 - 381 - 403 [1]

A temperatura ambiente il silano si presenta come un gas incolore (Teb. = -112 °C; Tcritica = -3 °C),[4] dall'odore intenso e molto sgradevole, diversamente dal metano che è inodore;[5] è molto tossico per inalazione e fortemente irritante per la pelle; è facilmente infiammabile[6] e si presume anche essere anche piroforico:[7] subisce spontaneamente la combustione in aria senza necessità di venire acceso. Tuttavia, alcuni sostengono che il silano puro sia stabile e che sia la presenza in esso di impurezze di silani omologhi superiori, formatisi durante la sua produzione, a causarne la piroforicità.

Struttura e proprietàModifica

La molecola del silano è isoelettronica di valenza con quella del metano, del quale prende il nome per analogia, ed ha analoga forma tetraedrica: l'atomo di silicio, ibridato sp3, è al centro di un tetraedro regolare ai cui vertici si trovano i quattro atomi di idrogeno; la simmetria della molecola è quindi Td e il suo momento dipolare è nullo.[8]

Il legame Si–H, da indagini di spettroscopia infrarossa e Raman, risulta essere lungo 148,06 pm,[9] notevolmente più lungo del C–H in CH4 (108,70 pm), e ciò in accordo qualitativo con l'andamento dei raggi covalenti: 76 pm per C e 111 pm per Si, con una leggera elongazione di 6 pm in quest'ultimo caso.[10]

Una differenza di rilievo rispetto al metano è che l'atomo di silicio nel silano è allo stato di ossidazione +4 (il massimo per Si), invece del -4 del carbonio nel metano; questo perché H è un po' più elettronegativo di Si. Il silano è un composto endotermico (ΔHƒ° = +34,70 kJ/mol),[11] altra differenza con il metano, che invece è esotermicoHƒ° = -74,60 kJ/mol).[12]

Il tetraidruro di silicio è anche il più semplice dei silani, idruri di silicio contenenti legami Si–Si, analoghi agli idrocarburi saturi e aventi formula generale SinH2n+2, del tutto simile a quella degli alcani.[2]

SintesiModifica

Il silano può essere prodotto su piccola scala dalla reazione con l'acido cloridrico di siliciuri di metalli attivi, in particolare quello di magnesio:[13]

Mg2Si + 4 HCl → 2 MgCl2 + SiH4

Su scala industriale il silano è prodotto a partire dallo stato metallurgico del silicio in un processo in due tappe:

 
  • Poi, il triclorosilano è riscaldato a riflusso su una base resinosa che contiene un catalizzatore; viene così promossa la redistribuzione spontanea degli atomi di idrogeno in modo da stare tutti insieme sullo stesso atomo di silicio e altrettanto per quelli di cloro, per dare quindi tetracloruro di silicio e tetraidruro di silicio; questo in ossequio al fenomeno detto di simbiosi, il quale si verifica parimenti con il carbonio al posto del silicio, sebbene in altre condizioni di reazione:[14][15]
 

I catalizzatori più comunemente usati per questo processo sono alogenuri metallici con apprezzabile acidità di Lewis, specialmente il cloruro di alluminio.

ApplicazioniModifica

Sopra i 690 K (417 °C), il silano si decompone in silicio ed idrogeno; può quindi essere usato per le deposizioni chimiche di silicio da fase vapore (tecnica CVD) nell'industria dei semiconduttori.

NoteModifica

  1. ^ scheda del silano su IFA-GESTIS
  2. ^ a b N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 337-340, ISBN 0-7506-3365-4.
  3. ^ (EN) Thomas P. Fehlner, Inorganometallic Chemistry, in Thomas P. Fehlner (a cura di), MODERN INORGANIC CHEMISTRY, New York, Springer Science+Business Media, 1992, pp. 1-4, DOI:10.1007/978-1-4899-2459-9, ISBN 978-1-4899-2461-2.
  4. ^ silane, su chemister.ru. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  5. ^ Wolfgang Legrum, Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft Vorkommen, Eigenschaften und Anwendung von Riechstoffen und deren Gemischen, 1. Aufl, 2011, ISBN 978-3-8348-1245-2, OCLC 754219016. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  6. ^ (EN) PubChem, Silane, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  7. ^ Silicon tetrahydride---Chemical Information Search, su www.chemicalbook.com. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  8. ^ CCCBDB list all species by point group, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 30 ottobre 2022.
  9. ^ (EN) H. W Kattenberg e A Oskam, Infrared and laser Raman gas spectra of SiH4 and SiD4, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 49, n. 1, 1º gennaio 1974, pp. 52–69, DOI:10.1016/0022-2852(74)90095-2. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  10. ^ Covalent Radius for all the elements in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  11. ^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  12. ^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 31 ottobre 2022.
  13. ^ (EN) Walter Simmler, Silicon Compounds, Inorganic, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 15 giugno 2000, pp. a24_001, DOI:10.1002/14356007.a24_001, ISBN 978-3-527-30673-2. URL consultato il 30 ottobre 2022.
  14. ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, 2ª ed., Piccin, 1999, pp. 348-350, ISBN 88-299-1470-3.
  15. ^ La reazione non è una disproporzione in quanto lo stato di ossidazione del silicio nel reagente e nei prodotti è sempre +4.

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