Compuestos binarios de silicio-hidrógeno - Binary silicon-hydrogen compounds
Los compuestos binarios de silicio-hidrógeno son compuestos químicos saturados con la fórmula empírica Si x H y . Todos contienen silicio tetraédrico e hidruros terminales. Solo tienen enlaces simples Si – H y Si – Si. Las longitudes de los enlaces son 146.0 pm para un enlace Si-H y 233 pm para un enlace Si-Si. Las estructuras de los silanos son análogas de los alcanos , comenzando por el silano , SiH
4 , el análogo del metano , continuando con el disilano Si
2 H
6 , el análogo del etano , etc. Son principalmente de interés teórico o académico.
Inventario
El isómero más simple de un silano es aquel en el que los átomos de silicio están dispuestos en una sola cadena sin ramificaciones. Este isómero a veces se denomina isómero n ( n para "normal", aunque no es necesariamente el más común). Sin embargo, la cadena de átomos de silicio también puede estar ramificada en uno o más puntos. El número de posibles isómeros aumenta rápidamente con el número de átomos de silicio. Los miembros de la serie (en términos de número de átomos de silicio) son los siguientes:
-
silano , SiH
4 - un silicio y cuatro hidrógeno -
disilano , Si
2 H
6 - dos silicio y seis hidrógeno, estructura similar al etano -
trisilano , Si
3 H
8 - tres silicio y 8 hidrógeno, estructura similar al propano - tetrasilano, Si
4 H
10 - cuatro de silicio y 10 de hidrógeno (dos isómeros: tetrasilano e isotetrasilano, análogos al butano y al isobutano) - pentasilano, Si
5 H
12 - cinco de silicio y 12 de hidrógeno (tres isómeros: pentasilano, isopentasilano y neopentasilano)
Los silanos se nombran agregando el sufijo - silano al prefijo del multiplicador numérico apropiado . Por lo tanto, disilano, Si
2 H
6 ; trisilano Si
3 H
8 ; tetrasilano Si
4 H
10 ; pentasilano Si
5 H
12 ; etc. El prefijo es generalmente griego, con las excepciones de nonasilane que tiene un prefijo latino , y undecasilane y tridecasilane que tienen prefijos de idiomas mixtos. También se conocen hidruros de silicio poliméricos en fase sólida denominados hidruros de polisilicio . Cuando el hidrógeno en un hidruro de polisilicio polisileno lineal se reemplaza con grupos laterales alquilo o arilo , se usa el término polisilano .
El 3-sililhexasilano, H 3 SiSiH 2 SiH (SiH 3 ) SiH 2 SiH 2 SiH 3 , es el hidruro de silicio no cíclico binario quiral más simple.
También existen ciclosilanos. Son estructuralmente análogos a los cicloalcanos , con la fórmula Si n H 2 n , n > 2.
| Silano | Fórmula | Punto de ebullición [° C] | Punto de fusión [° C] | Densidad [g cm −3 ] (a 25 ° C) |
|---|---|---|---|---|
| Silano |
SiH 4 |
−112 | −185 | gas |
| Disilano |
Si 2 H 6 |
−14 | −132 | gas |
| Trisilano |
Si 3 H 8 |
53 | −117 | 0,743 |
| ciclotrisilano |
Si 3 H 6 |
|||
| Tetrasilano |
Si 4 H 10 |
108 | −90 | 0,793 |
| n- pentasilano |
Si 5 H 12 |
153 | −72,8 | 0,827 |
| ciclopentasilano |
Si 5 H 10 |
194 | −10,5 | 0,963 |
| n- hexasilano |
Si 6 H 14 |
193,6 | −44,7 | 0,847 |
Producción
Los primeros trabajos fueron realizados por Alfred Stock y Carl Somiesky. Aunque ya se conocían el monosilano y el disilano, Stock y Somiesky descubrieron, a partir de 1916, los siguientes cuatro miembros de la serie Si n H 2n + 2 , hasta n = 6. También documentaron la formación de hidruros de silicio poliméricos en fase sólida. Uno de sus métodos de síntesis implicó la hidrólisis de siliciuros metálicos . Este método produce una mezcla de silanos, que requirió separación en una línea de alto vacío .
Los silanos (Si n H 2n + 2 ) son menos estables térmicamente que los alcanos (C n H 2n + 2 ). Tienden a sufrir deshidrogenación , produciendo hidrógeno y polisilanos. Por esta razón, el aislamiento de silanos superiores al heptasilano ha resultado difícil.
El proceso de Schlesinger se utiliza para preparar silanos mediante la reacción de perclorosilanos con hidruro de litio y aluminio .
Aplicaciones
La aplicación única pero significativa del SiH 4 se encuentra en la industria de la microelectrónica . Por deposición de vapor químico orgánico metálico , el silano se convierte en silicio por descomposición térmica:
- SiH 4 → Si + 2 H 2
Los silanos retentivos con actividades antimicrobianas de amplio espectro, de baja citotoxicidad, no permiten que los patógenos se utilicen para el control de la colonización microbiana grave.
Peligros
El silano es explosivo cuando se mezcla con aire (1 - 98% SiH 4 ). Otros silanos inferiores también pueden formar mezclas explosivas con el aire. Los silanos líquidos más ligeros son altamente inflamables, pero este riesgo disminuye con la longitud de la cadena de silicio, como descubrió Peter Plichta. Los silanos por encima del heptasilano no reaccionan espontáneamente y pueden almacenarse como gasolina. Por lo tanto, los silanos más altos tienen el potencial de reemplazar a los hidrocarburos como fuente de energía almacenable con la ventaja de reaccionar no solo con oxígeno sino también con nitrógeno.
Consideraciones para la detección / control de riesgos:
- El silano es un poco más denso que el aire (posibilidad de acumularse a nivel del suelo / pozos)
- El disilano es más denso que el aire (posibilidad de acumularse a nivel del suelo / pozos)
- El trisilano es más denso que el aire (posibilidad de acumularse a nivel del suelo / pozos)
Nomenclatura
La nomenclatura de la IUPAC (forma sistemática de nombrar compuestos) para los silanos se basa en la identificación de cadenas de hidrosilicio. Las cadenas de hidrosilicio saturadas y no ramificadas se nombran sistemáticamente con un prefijo numérico griego que indica el número de silicio y el sufijo "-silano".
Las convenciones de nomenclatura de la IUPAC se pueden utilizar para producir un nombre sistemático.
Los pasos clave en el nombramiento de silanos ramificados más complicados son los siguientes:
- Identificar la cadena continua más larga de átomos de silicio
- Nombra esta cadena raíz más larga usando reglas de nomenclatura estándar
- Nombra cada cadena lateral cambiando el sufijo del nombre del silano de "-ane" a "-anyl", excepto "silane" que se convierte en "silyl"
- Numere la cadena raíz de modo que la suma de los números asignados a cada grupo lateral sea lo más baja posible
- Numere y nombre las cadenas laterales antes del nombre de la cadena raíz
La nomenclatura es paralela a la de los radicales alquilo .
Los silanos también pueden denominarse como cualquier otro compuesto inorgánico; en este sistema de denominación, el silano se denomina tetrahidruro de silicio . Sin embargo, con silanos más largos, esto se vuelve engorroso.
Ver también
- Compuestos organosilícicos , compuestos organometálicos que contienen enlaces carbono-silicio