Compuestos binarios de silicio-hidrógeno

Los silanos son compuestos químicos saturados con la fórmula empírica Si _x H _y . Son hidrosilanos , una clase de compuestos que incluye compuestos con enlaces Si−H y otros enlaces Si−X . Todos contienen silicio tetraédrico e hidruros terminales. Solo tienen enlaces simples Si−H y Si−Si . Las longitudes de enlace son 146,0 pm para un enlace Si−H y 233 pm para un enlace Si−Si . Las estructuras de los silanos son análogas a las de los alcanos , comenzando con el silano , SiH ₄ , análogo del metano , continuando con el disilano Si ₂ H ₆ , análogo del etano , etc. Son principalmente de interés teórico o académico. ^{[ 1 ]}  

También se conocen compuestos insaturados, donde los silenos tienen un doble enlace silicio-silicio y los silinos un triple enlace , análogos a los alquenos y alquinos . Algunos ejemplos son _el disileno y el disilino . Se han analizado teóricamente varios isómeros constitucionales de Si₆H₆ y han sido objeto de esfuerzos sintéticos para comparar la naturaleza del silabenceno totalmente de silicio con la _del benceno y sus isómeros.

El isómero más simple de un silano es aquel en el que los átomos de silicio se disponen en una sola cadena sin ramificaciones. Este isómero a veces se denomina isómero n ( n de "normal", aunque no es necesariamente el más común). Sin embargo, la cadena de átomos de silicio también puede estar ramificada en uno o más átomos. El número de isómeros posibles aumenta rápidamente con el número de átomos de silicio. Los miembros de la serie (en términos del número de átomos de silicio) son los siguientes:

• silano , SiH₄ , 1 átomo de silicio y 4 átomos de hidrógeno, análogo _al metano
• disilano , Si₂H₆ o H₃Si −SiH₃ , 2 _{átomos de silicio y 6 átomos de} hidrógeno, análogo al etano _.
• trisilano , Si ₃ H ₈ o H ₂ Si(−SiH ₃ ) ₂ , 3 átomos de silicio y 8 átomos de hidrógeno, análogo al propano
• tetrasilano , Si ₄ H ₁₀ o H ₃ Si−SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₃ , 4 átomos de silicio y 10 átomos de hidrógeno, análogo al butano (un isómero: isotetrasilano , análogo al isobutano )
• pentasilano , Si ₅ H ₁₂ o H ₃ Si−SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₃ , 5 átomos de silicio y 12 átomos de hidrógeno, análogo al pentano (dos isómeros: isopentasilano H ₃ Si−SiH ₂ −SiH(−SiH ₃ ) ₂ y neopentasilano Si(SiH ₃ ) ₄ , análogo al isopentano y neopentano , respectivamente)
• hexasilano Si ₆ H ₁₄ o H ₃ Si−SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₃ , 6 átomos de silicio y 14 átomos de hidrógeno, análogo al hexano

_Los silanos se nombran añadiendo el _sufijo -silano al prefijo multiplicador numérico correspondiente . Así, disilano, Si₂H₆ ; trisilano, Si₃H₈ ; tetrasilano , _Si₄H₁₀ ; pentasilano, _Si₅H₁₂ ; etc. _El prefijo suele ser griego, con la excepción del nonasilano, que tiene un _{prefijo latino} , y el undecasilano y el tridecasilano , que tienen prefijos mixtos. También se conocen hidruros de silicio poliméricos en fase sólida, denominados _polisilicio hidruros . Cuando el hidrógeno en un polisileno polisilicio hidruro lineal se sustituye por grupos laterales alquilo o arilo , se utiliza el término polisilano .

El 3-sililhexasilano, H ₃ Si − SiH ₂ −SiH(−SiH ₃ ) −SiH ₂ −SiH ₂ −SiH ₃ , es el hidruro de silicio no cíclico binario quiral más simple.

También existen los ciclosilanos. Son estructuralmente análogos a los cicloalcanos , con la fórmula Si _n H _{2 n} , n > 2.

Los primeros trabajos fueron realizados por Alfred Stock y Carl Somiesky. ^{[ 2 ]} Aunque el monosilano y el disilano ya eran conocidos, Stock y Somiesky descubrieron, a partir de 1916, los siguientes cuatro miembros de la serie Si _n H _{2 n +2} , hasta n = 6. También documentaron la formación de hidruros de silicio poliméricos en fase sólida. ^{[ 3 ]} Uno de sus métodos de síntesis implicaba la hidrólisis de siliciuros metálicos . Este método produce una mezcla de silanos, que requería separación en una línea de alto vacío . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

Los silanos ( Si _n H _{2 n +2} ) son menos estables térmicamente que los alcanos ( C _n H _{2 n +2} ). Tienden a sufrir deshidrogenación , produciendo hidrógeno y polisilanos. Por esta razón, el aislamiento de silanos superiores al heptasilano ha resultado difícil. ^{[ 7 ]}

El proceso Schlesinger se utiliza para preparar silanos mediante la reacción de perclorosilanos con hidruro de litio y aluminio .

La única pero significativa aplicación del SiH₄ se encuentra en la industria de _la microelectrónica . Mediante deposición química de vapor organometálico , el silano se convierte en silicio por descomposición térmica :

SiH ₄ → Si + 2 H ₂

El silano es explosivo al mezclarse con aire (1-98% SiH₄ ₎ . Otros silanos de menor peso molecular también pueden formar mezclas explosivas con el aire. Los silanos líquidos más ligeros son altamente inflamables; este riesgo aumenta con la longitud de la cadena de silicio.

Consideraciones para la detección/control de riesgos:

• El silano es ligeramente más denso que el aire, mientras que el disilano y el trisilano son más densos que el aire, por lo que existe la posibilidad de que se acumule a nivel del suelo o en fosas.

La nomenclatura IUPAC (método sistemático para nombrar compuestos) de 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 átomos de silicio y el sufijo "-silano".

Las convenciones de nomenclatura de la IUPAC pueden utilizarse para generar un nombre sistemático.

Los pasos clave para la denominación de silanos ramificados más complejos son los siguientes:

• Identifica la cadena continua más larga de átomos de silicio.
• Nombra esta cadena de raíces más larga utilizando las reglas de nomenclatura estándar.
• Nombra cada cadena lateral cambiando el sufijo del nombre del silano de "-ano" a "-anilo", excepto para "silano", que se convierte en "sililo".
• Numera la cadena raíz de manera 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 similar a la de los radicales alquilo .

Los silanos también pueden nombrarse como cualquier otro compuesto inorgánico; en este sistema de nomenclatura, el silano se denomina tetrahidruro de silicio . Sin embargo, con silanos más largos, esto se vuelve engorroso.

• Compuestos organosilícicos , compuestos que contienen enlaces carbono-silicio.
• Hidrosilanos , una clase más amplia de compuestos con la fórmula H _m SiR _n ( m ≠ 0)