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Il mwcqsilano, o mwcgtetraidruro di silicio,cite-ref-0-2-0[2] è il più semplice mwdwcomposto chimico mweabinario del mweqsilicio mwegtetravalente con l'mwewidrogeno, avente mwfaformula molecolare SiHmwfq4, analoga a quella del mwfgmetano (o tetraidruro di carbonio, CHmwfw4), ad esso mwgaisoelettronico di valenza. Nonostante tale somiglianza formale, dato che il silicio è meno mwgqelettronegativo dell'idrogeno, qui esso è allo mwggstato di ossidazione +4, mentre vale il rovescio per il mwgwcarbonio, che nel metano è a −4.

Dal silano deriva il gruppo funzionale silile, –SiHmwhg3, analogo al mwhwmetile –CHmwia3. Questo gruppo compare in mwiqchimica organometallica, come pure il suo derivato mwigtrimetilsilile –Si(CHmwiw3)mwja3, entrambi importanti anche nella cosiddetta chimica inorganometallica.cite-ref-3[3]

In condizioni ambiente il silano si presenta come un gas incolore (Tmwkweb. = -112mwla °C; Tmwlqcritica = -3mwlg °C),cite-ref-4[4] dall'odore intenso e molto sgradevole, diversamente dal metano che è inodore;cite-ref-5[5] è molto tossico per inalazione e fortemente irritante per la pelle; è facilmente infiammabilecite-ref-6[6] e si presume anche essere anche mwowpiroforico:cite-ref-7[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 (Hmwqa3Si–SiHmwqq3 e altri), formatisi durante la sua produzione, a causarne la piroforicità.cite-ref-8[8]

Il silano è solubile in mwrwsolfuro di carbonio e in mwsaetanolo, ma praticamente insolubile in mwsqbenzene, mentre in acqua si decompone.cite-ref-9[9]

• Struttura e proprietà

• Chimica ionica in fase gassosa

• Sintesi

• Applicazioni

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

La molecola del tetraidruro di silicio è mwuqisoelettronica di valenza con quella del mwugmetano, del quale prende il nome silano per analogia, ed ha analoga forma tetraedrica: l'atomo di silicio, mwuwibridato sp3, è al centro di un mwvgtetraedro regolare ai cui vertici si trovano i quattro atomi di idrogeno; la mwvwsimmetria della molecola è quindi mwwaTmwwqd e il suo mwwgmomento dipolare di conseguenza è nullo.cite-ref-10[10]

Il legame Si–H, da indagini di mwyaspettroscopia infrarossa e mwyqRaman, risulta essere lungo 148,06mwyg mwywpm,cite-ref-11[11] notevolmente più lungo del C–H in CHmwaa4 (108,70mwaq pm), e ciò in accordo qualitativo con l'andamento dei raggi covalenti: 76mwag pm per C e 111mwaw pm per Si, con una leggera elongazione in quest'ultimo caso.cite-ref-12[12] Tuttavia, questi legami Si–H in SiHmwca4 sono più lunghi anche qui di 6mwcq pm rispetto alla somma dei raggi covalenti di Si e H (31pm), cioè 142mwcg pm.cite-ref-13[13]

Una differenza di rilievo rispetto al metano è che l'atomo di silicio in SiHmwea4 è allo mweqstato di ossidazione +4 (il massimo per Si), invece del -4 del mwegcarbonio nel metano; questo perché H è un po' più mwewelettronegativo di Si. Il silano è un composto mwfaendotermico (mwfqΔHƒ° = +34,70mwga kmwgqJ/mwggmol),cite-ref-14[14] altra differenza con il metano, che invece è mwhwesotermico (ΔmwiaHmwiqƒ° = -74,60mwig kJ/mol).cite-ref-15[15]

Il tetraidruro di silicio è anche il più semplice dei mwkasilani, idruri di silicio contenenti anche legami Si–Si, del tutto analoghi formalmente agli mwkqalcani e aventi formula generale SimwkgnHmwkw2n+2, come quella CmwlanHmwlq2n+2 degli alcani.cite-ref-0-2-1[2]

Altre analogie con il metano, ma anche differenze, si possono riscontrare nella reattività mwnaionica di SiHmwnq4 in fase gassosa e nelle specie in tal modo prodotte.

Dalla mwoaprotonazione del silano con acidi in fase gas si forma il mwoqcatione [SiHmwog5]mwow+,cite-ref-1-16-0[16] mwqapentacoordinato e analogo allo ione mwqqmetanio [CHmwqg5]mwqw+:

SiHmwrq4 (g) + Hmwrg+ mwrw(g) mwsa mwsq →mwsg mwsw [SiHmwta5]mwtq+ mwtg(g)

L'mwuaaffinità protonica (-mwuqΔHr°) misurata risulta 639,7mwva kJ/mol,cite-ref-2-17-0[17] molto maggiore alla corrispondente del metano, pari a 543,5mwwq kJ/mol,cite-ref-3-18-0[18] per cui in fase gassosa il silano appare molto più mwxgbasico del metano. Dallo ione [SiHmwxw5]mwya+, il silanio, l'eliminazione di una molecola di idrogeno ha un costo energetico non elevato (43,1mwyq kJ/mol) e porta alla formazione del catione silile [SiHmwyg3]mwyw+, planare con mwzasimmetria mwzqDmwzg3h,cite-ref-listing-of-19-0[19] analogamente al catione metile CHmw0w3mw1a+.cite-ref-4-20-0[20] Per confronto, la formazione di quest'ultimo in maniera analoga dal metano richiede invece un'energia circa quadrupla, 167,4mw2q kJ/mol.cite-ref-4-20-1[20]

Mentre il metano è una molecola in cui sia C che H hanno raggiunto configurazioni elettroniche stabili (mw4aottetto e duetto), il silicio nel silano ha a disposizione orbitali 3mw4qd vuoti, sebbene ad energia più alta dei 3mw4gs e 3mw4wp già occupati. Un riscontro di questo si ha nel fatto che SiHmw5a4 può addizione di un mw5qanione mw5gidruro, a differenza del metano che non la fa,cite-ref-5-21-0[21] e dar luogo alla formazione dell'anione mw6wpentacoordinato e mw7aipervalente [SiHmw7q5]mw7g−, qualificando il silano come un (debole) mw7wacido di Lewis:cite-ref-1-16-1[16]

SiHmw9q4 (g) + Hmw9g− mw9w(g) mw-a mw-q →mw-g mw-w [SiHmw-a5]mw-q− mw-g(g)

Questo però è poco stabile e elimina facilmente una molecola di idrogeno per dare l'anione stabile [SiHmwaqa3]mwaqe−,cite-ref-1-16-2[16] che ha struttura piramidale con simmetria mwaqyCmwaqc3v.cite-ref-listing-of-19-1[19] La struttura dello ione [SiHmwaqw5]mwaq0− è quella di una mwaq4bipiramide trigonale con l'atomo di silicio al centro.cite-ref-5-21-1[21] L'entalpia di reazione è pari a -(79mwarm ±mwarq 17)mwaru kJ/mol.cite-ref-22[22]

L'anione sililuro [SiHmwars3]mwarw−, analogo all'anione metiluro [CHmwar03]mwar4−, può essere prodotto anche per deprotonazione dell silano con opportune basi in fase gassosa:cite-ref-2-17-1[17]

SiHmwasq4 (g) mwasu mwasy →mwasc mwasg [SiHmwask3]mwaso− mwass(g) + Hmwasw+

La variazione di mwas4entalpia, pari a 1.564mwas8 kJ/mol, è una misura della forza acida del silano stesso, che risulta parecchio maggiore rispetto a quella del metano (1.743,6mwata kJ/mol).cite-ref-3-18-1[18] Come risultato, il silano è quindi sia più basico (per la protonazione) che più acido (per la deprotonazione) rispetto al metano.

L'anione sililuro che si ottiene per facile eliminazione di idrogeno dall'anione [SiHmwaty5]mwatc−, esiste stabile anche in fase condensata in composti salini del tipo MSiHmwatg3, con M = mwatkmetallo alcalino; questi sono formalmente analoghi al mwatometillitio LiCHmwats3, ad esempio.cite-ref-1-16-3[16]

Il silano può essere prodotto su piccola scala dalla reazione con l'mwauiacido cloridrico con i siliciuri di metalli attivi, in particolare quello di mwaummagnesio:cite-ref-23[23]

Mgmwauo2Si + 4 HCl → 2 MgClmwaus2 + SiHmwauw4

Su scala industriale il silano è prodotto a partire dal mwau4silicio grezzo in un processo a due tappe:

• Dapprima, il silicio in polvere reagisce con mwaveacido cloridrico a circa 300mwavi °C per produrre il mwavmtriclorosilano, SiHClmwavq3, e l'mwavuidrogeno gassoso:

mwavg Si + 3 HCl ⟶ ⟶ SiHCl 3 + H 2 {\displaystyle {\ce {Si + 3HCl -> SiHCl3 + H2}}}

• Poi, il triclorosilano è riscaldato a riflusso su una base resinosa che contiene un mwavscatalizzatore; 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 mwavwcloro, per dare quindi mwav0tetracloruro di silicio e tetraidruro di silicio; questo in ossequio al fenomeno detto di mwav4simbiosi, il quale si verifica parimenti con il carbonio al posto del silicio, sebbene in altre condizioni di reazione:cite-ref-02-24-0[24]cite-ref-25[25]

mwawk 4 SiHCl 3 ⟶ ⟶ SiH 4 + 3 SiCl 4 {\displaystyle {\ce {4SiHCl3 -> SiH4 + 3SiCl4}}}

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

Sopra i 690 K (417mwaw8 °C), il silano si decompone in silicio ed idrogeno; può quindi essere usato per le deposizioni chimiche di silicio da fase vapore (mwaxatecnica CVD) nell'industria dei semiconduttori.

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cite-note-88. ↑ Accade una cosa simile per l'idruro del mwacifosforo, la mwacmfosfina (PHmwacq3), che non è piroforica in sé, ma spesso in aria si incendia per impurezze di mwacudifosfina (Hmwacy2P−PHmwacc2), che invece lo è. Si può osservare che sia i legami Si−Si che quelli P-P, che sono presenti solo negli omologhi, sono alquanto più deboli dei legami Si−H o P−H.

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cite-note-2525. ↑ La reazione non è una mwan4disproporzione in quanto lo stato di ossidazione del silicio nel reagente e nei prodotti è sempre +4, mentre lo è la reazione analoga con il carbonio al posto del silicio.

• mwaoiSilani

• mwaoqTetrametilsilano

• mwaoyAlosilano

• mwaogMetano

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