Silano: differenze tra le versioni

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Versione delle 13:35, 21 apr 2025

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{{Composto chimico

|nome = Silanosilano

|immagine1_nome =

|immagine1_dimensioni =

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|immagine5_descrizione =

|nome_IUPAC = Tetraidruro di silicio

|nomi_alternativi = silano<br>monosilano

|titolo_caratteristiche_generali = ---

|formula = SiH₄

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}}

Il '''silano''', o '''tetraidruro di silicio''',<ref name=":0">{{Cita libro|autore=N. N. Greenwood|autore2=A. Earnshaw|titolo=Chemistry of the Elements|url=https://archive.org/details/chemistryelement00aear_346|ed=2|anno=1997|editore=Butterworth - Heinemann|pp=337-340|ISBN=0-7506-3365-4}}</ref> è il più semplice [[composto chimico]] [[Composto binario|binario]] del [[silicio]] tetravalente con l'[[idrogeno]], avente [[formula chimicamolecolare]] [[silicio|Si]][[idrogeno|H]]₄, analoga a quella del [[metano]] (CH₄.), Daad esso [[isoelettronico]] di valenza.

Dal silano deriva il gruppo funzionale [[Silile (gruppo funzionale)|silile]], –SiH₃, analogo al [[metile]] –CH₃. Questo gruppo compare in [[Chimica metallorganica|chimica organometallica]], come pure il suo derivato [[trimetilsilile]] –Si(CH₃)₃, e compare anche nella cosiddetta chimica inorganometallica.<ref>{{Cita libro|autore=Thomas P. Fehlner|curatore=Thomas P. Fehlner|titolo=Inorganometallic Chemistry|collana=MODERN INORGANIC CHEMISTRY|anno=1992|editore=Springer Science+Business Media|città=New York|lingua=en|pp=1-4|ISBN=978-1-4899-2461-2|DOI=10.1007/978-1-4899-2459-9}}</ref>

A temperatura ambiente il silano si presenta come un gas incolore (T_eb. = -112&nbsp;°C; T_critica = -3&nbsp;°C),<ref>{{Cita web|url=http://chemister.ru/Database/properties-en.php?dbid=1&id=590|titolo=silane|sito=chemister.ru|accesso=2022-10-31}}</ref> dall'odore intenso e molto sgradevole, diversamente dal metano che è inodore;<ref>{{Cita libro|nome=Wolfgang|cognome=Legrum|titolo=Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft Vorkommen, Eigenschaften und Anwendung von Riechstoffen und deren Gemischen|url=https://www.worldcat.org/oclc/754219016|accesso=2022-10-31|edizione=1. Aufl|data=2011|OCLC=754219016|ISBN=978-3-8348-1245-2}}</ref> è molto tossico per inalazione e fortemente irritante per la pelle; è facilmente infiammabile<ref>{{Cita web|url=https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/23953|titolo=Silane|autore=PubChem|sito=pubchem.ncbi.nlm.nih.gov|lingua=en|accesso=2022-10-31}}</ref> e si presume anche essere anche [[Piroforicità|piroforico]]:<ref>{{Cita web|url=https://www.chemicalbook.com/ProductList_En.aspx?kwd=monosilane|titolo=Silicon tetrahydride---Chemical Information Search|sito=www.chemicalbook.com|accesso=2022-10-31}}</ref> 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.

È solubile in [[solfuro di carbonio]] e in [[etanolo]], ma praticamente insolubile in [[benzene]], mentre in acqua si decompone.<ref>{{Cita web|url=https://chemister.ru/Databases/Chemdatabase/properties-en.php?dbid=1&id=590|titolo=silane|sito=chemister.ru|accesso=2025-04-21}}</ref>

== Struttura e proprietà ==

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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 [[Elettronegatività|elettronegativo]] di Si. Il silano è un composto [[Processo endotermico|endotermico]] ([[Entalpia standard di formazione|Δ''H_ƒ''°]] = +34,70&nbsp;k[[Joule|J]]/[[Mole|mol]]),<ref>{{Cita web|url=https://cccbdb.nist.gov/exp2x.asp?casno=7803625&charge=0|titolo=CCCBDB listing of experimental data page 2|sito=cccbdb.nist.gov|accesso=2022-10-31}}</ref> altra differenza con il metano, che invece è [[Processo esotermico|esotermico]] (Δ''H_ƒ''° = -74,60&nbsp;kJ/mol).<ref>{{Cita web|url=https://cccbdb.nist.gov/exp2x.asp?casno=74828&charge=0|titolo=CCCBDB listing of experimental data page 2|sito=cccbdb.nist.gov|accesso=2022-10-31}}</ref>

Il tetraidruro di silicio è anche il più semplice dei [[silani]], idruri di silicio contenenti anche legami Si–Si, del tutto analoghi formalmente agli [[idrocarburialcani]] saturi e aventi formula generale Si_nH_2n+2, del tutto simile acome quella C_nH_2n+2 degli [[alcani]].<ref name=":0" />

=== Chimica ionica in fase gassosa ===

Altre analogie con il metano, ma anche differenze, si possono riscontrare nella reattività [[Ione|ionica]] di SiH₄ in fase gassosa e nelle specie in tal modo prodotte.

==== Specie positive ====

Dalla [[protonazione]] del silano con acidi in fase gas si forma il [[catione]] [SiH₅]⁺,<ref name=":1">{{Cita libro|nome=Nils|cognome=Wiberg|nome2=Egon|cognome2=Wiberg|nome3=Arnold Frederik|cognome3=Holleman|titolo=Anorganische Chemie|accesso=2025-04-21|edizione=103. Auflage|data=2017|editore=De Gruyter|p=1085|ISBN=978-3-11-026932-1}}</ref> [[Numero di coordinazione (chimica)|pentacoordinato]] e analogo allo ione [[metanio]] [CH₅]⁺:

SiH_{4 (g)} + H⁺ _(g) &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; [SiH₅]⁺ _(g)

L'[[affinità protonica]] (-[[Entalpia standard di reazione|Δ''H_r''°]]) misurata risulta 639,7&nbsp;kJ/mol,<ref name=":2">{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7803625&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Silane|sito=webbook.nist.gov}}</ref> molto maggiore alla corrispondente del metano, pari a 543,5&nbsp;kJ/mol,<ref name=":3">{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C74828&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Methane|sito=webbook.nist.gov}}</ref> per cui in fase gassosa il silano appare molto più [[Base (chimica)|basico]] del metano. Dallo ione [SiH₅]⁺, il silanio, l'eliminazione di una molecola di idrogeno ha un costo energetico non elevato (43,1&nbsp;kJ/mol) e porta alla formazione del catione silile CH₃⁺, analogo al catione metile CH₃⁺.<ref name=":4">{{Cita pubblicazione|nome=Ching-Han|cognome=Hu|nome2=Mingzuo|cognome2=Shen|nome3=Henry F.|cognome3=Schaefer|data=1992-03|titolo=Toward the infrared spectroscopic observation of SiH+5: the silanium ion|rivista=Chemical Physics Letters|volume=190|numero=6|pp=543–550|lingua=en|accesso=2025-04-21|doi=10.1016/0009-2614(92)85189-H|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/000926149285189H}}</ref> Per confronto, la formazione di quest'ultimo in maniera analoga dal metano richiede invece un'energia circa quadrupla, 167,4&nbsp;kJ/mol.<ref name=":4" />

==== Specie negative ====

L'addizione di un [[anione]] [[idruro]] al silano, a differenza del metano che non la fa,<ref name=":5">{{Cita pubblicazione|nome=Thom H. Jr.|cognome=Dunning|nome2=Lu T.|cognome2=Xu|nome3=Jasper V. K.|cognome3=Thompson|data=2021-09-02|titolo=New Insights into the Remarkable Difference between CH5– and SiH5–|rivista=The Journal of Physical Chemistry A|volume=125|numero=34|pp=7414–7424|accesso=2025-04-21|doi=10.1021/acs.jpca.1c05357|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.1c05357}}</ref> dà luogo alla formazione dell'anione pentacoordinato e [[Molecola ipervalente|ipervalente]] [SiH₅]⁻, qualificando il silano come un (debole) [[acido di Lewis]]:<ref name=":1" />

SiH_{4 (g)} + H⁻ _(g) &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; [SiH₅]⁻ _(g)

La struttura dello ione è quella di una bipiramide trigonale con l'atomo di silicio al centro.<ref name=":5" /> L'entalpia di reazione è pari a -(79±17)&nbsp;kJ/mol.<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7803625&Units=SI&Mask=8#Thermo-React|titolo=Silane|sito=webbook.nist.gov}}</ref>

Il silano può essere deprotonato da opportune basi in fase gassosa a dare l'anione sililuro [SiH₃]⁻, analogo all'anione metiluro [CH₃]⁻:<ref name=":2" />

SiH_{4 (g)} &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; [SiH₃]⁻ _(g) + H⁺

La variazione di entalpia, pari a 1564&nbsp;kJ/mol, è una misura della forza acida del silano stesso, che risulta parecchio maggiore di quella del metano (1743,6&nbsp;kJ/mol).<ref name=":3" /> Come risultato, il silano è quindi sia più basico che più acido rispetto al metano.

L'anione sililuro si ottiene per facile eliminazione di idrogeno dall'anione [SiH₅]⁻, ma esiste anche in fase condensata in composti salini del tipo MSiH₃, con M = [[Metalli alcalini|metallo alcalino]].<ref name=":1" />

== Sintesi ==

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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 &nbsp;°C per produrre il [[triclorosilano]], SiHCl₃, e l'[[idrogeno]] gassoso:

:<chem>Si + 3HCl -> SiHCl3 + H2</chem>

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:<chem>4SiHCl3 -> SiH4 + 3SiCl4</chem>

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

== Applicazioni ==