Silano

Silano
Nome IUPAC
	Tetraidruro di silicio
Nomi alternativi
	silano
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	SiH4
Peso formula (u)	32,10
Aspetto	gas incolore
Numero CAS	7803-62-5
Numero EINECS	232-263-4
PubChem	23953
SMILES	[SiH4]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.)	0,7×10³ (liquido)
Solubilità in acqua	lenta 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
	pericolo
Frasi H	220 - 280
Consigli P	210 - 377 - 381 - 403

Il silano, o tetraidruro di silicio,^[2] è il più semplice composto chimico del silicio con l'idrogeno, avente formula chimica Si H₄, 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]

A temperatura ambiente il silano si presenta come un gas incolore (T_eb. = -112 °C; T_critica = -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 proprietà

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 T_d 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 (ΔH_ƒ° = 34,70 kJ/mol),^[11] altra differenza con il metano, che invece è esotermico (ΔH_ƒ° = -74,60 kJ/mol).^[12]

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

Sintesi

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:

Dapprima, il silicio in polvere reagisce con acido cloridrico a circa 300 °C per produrre il triclorosilano, SiHCl₃, e l'idrogeno gassoso:

{\ce {Si   3HCl -> SiHCl3   H2}}

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]

{\ce {4SiHCl3 -> SiH4   3SiCl4}}

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

Applicazioni

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.

Note

^ scheda del silano su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
^ ^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.
^ (EN) Thomas P. Fehlner, Inorganometallic Chemistry, a cura di Thomas P. Fehlner, collana 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.
^ silane, su chemister.ru. URL consultato il 31 ottobre 2022.
^ 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.
^ (EN) PubChem, Silane, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 31 ottobre 2022.
^ Silicon tetrahydride---Chemical Information Search, su www.chemicalbook.com. URL consultato il 31 ottobre 2022.
^ CCCBDB list all species by point group, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 30 ottobre 2022.
^ (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.
^ Covalent Radius for all the elements in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 ottobre 2022.
^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 31 ottobre 2022.
^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 31 ottobre 2022.
^ (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.
^ 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.
^ La reazione non è una disproporzione in quanto lo stato di ossidazione del silicio nel reagente e nei prodotti è sempre 4.

Voci correlate

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Collegamenti esterni

(EN) monosilane, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

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[1] scheda del silano su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.

[:0-2] 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, a cura di Thomas P. Fehlner, collana 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.

[:02-14] 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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