silano

_El silano ( silano ) es un compuesto inorgánico con fórmula química SiH₄ . Es un gas incoloro y pirofórico con un olor penetrante, fuerte y repulsivo, similar al del ácido acético . ^{[ 6 ]} El silano es de interés práctico como precursor del silicio elemental . Los silanos con grupos alquilo son repelentes de agua eficaces para superficies minerales como el hormigón y la mampostería. Los silanos con enlaces orgánicos e inorgánicos se utilizan como agentes de acoplamiento. Se emplean comúnmente para aplicar recubrimientos a superficies o como promotores de adhesión. ^{[ 7 ]}

El silano es el análogo de silicio del metano . Los cuatro enlaces Si−H son iguales y su longitud es de 147,98 pm . ^{[ 14 ]} Debido a la mayor electronegatividad del hidrógeno en comparación con el silicio, esta polaridad del enlace Si–H es opuesta a la de los enlaces C–H del metano. Una consecuencia de esta polaridad invertida es la mayor tendencia del silano a formar complejos con metales de transición. Una segunda consecuencia es que el silano es pirofórico : experimenta combustión espontánea en el aire, sin necesidad de ignición externa. ^{[ 15 ]} Sin embargo, las dificultades para explicar los datos de combustión disponibles (a menudo contradictorios) se atribuyen al hecho de que el silano en sí es estable y que la formación natural de silanos más grandes durante la producción, así como la sensibilidad de la combustión a impurezas como la humedad y a los efectos catalíticos de las superficies del recipiente causan su piroforicidad. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Por encima de 420 °C (788 °F) , el silano se descompone en silicio e hidrógeno ; por lo tanto, puede utilizarse en la deposición química de vapor de silicio.   

La fuerza del enlace Si–H es de alrededor de 384 kJ/mol, lo que representa aproximadamente un 20 % menos de fuerza que el enlace H–H en _H₂ . En consecuencia, _los compuestos que contienen enlaces Si–H son mucho más reactivos que H₂ . La fuerza del enlace Si–H se ve ligeramente afectada por otros sustituyentes: las fuerzas del enlace Si–H son: SiHF₃ ₄₁₉ kJ/mol, SiHCl₃ ₃₈₂ kJ/mol y SiHMe₃ ₃₉₈ kJ/mol. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Si bien los organosilanos tienen diversas aplicaciones , el silano en sí mismo tiene una aplicación predominante: como precursor del silicio elemental, especialmente en la industria de los semiconductores. Los silanos superiores, como el disilano y el trisilano, solo tienen interés académico. A finales de la década de 1990, se consumían aproximadamente 300 toneladas métricas de silano al año.^{[ 17 ]} La fabricación de módulos solares fotovoltaicosde bajo costoha generado un consumo sustancial de silano para la deposición desilicio amorfo(a-Si:H) sobre vidrio y otros sustratos como metal y plástico. Elde deposición química en fase vapor asistida por plasma(PECVD) es relativamente ineficiente en la utilización de materiales, desperdiciándose aproximadamente el 85 % del silano. Para reducir aún más los residuos yla huella ecológicade las células solares basadas en a-Si:H, se han desarrollado diversas iniciativas de reciclaje. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Se han reportado varios accidentes industriales fatales producidos por la combustión y detonación de silano filtrado en el aire. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

El silano es un gas pirofórico (capaz de autoignición a temperaturas inferiores a 54 °C o 129 °F ). ^{[ 25 ]}  

SiH₄ + _{2 O₂} → _SiO₂ + ₂ H₂O     ${\displaystyle \Delta H=-1517{\text{ kJ/mol }}=-47.23{\text{ kJ/g}}}$

SiH₄ ₊ O₂ _→ SiO₂ + _{2 H₂}

SiH ₄ + O ₂ → SiH ₂ O + H ₂ O

2 SiH ₄ + O ₂ → 2 SiH ₂ O + 2 H ₂

SiH₂O + _O₂ → _SiO₂ + _H₂O​​

Para mezclas pobres se ha propuesto un proceso de reacción en dos etapas, que consiste en un proceso de consumo de silano y un proceso de oxidación de hidrógeno. El calor de condensación _del SiO₂ (s) aumenta la velocidad de combustión debido a la retroalimentación térmica. ^{[ 26 ]}

Las mezclas diluidas de silano con gases inertes como nitrógeno o argón son aún más propensas a encenderse cuando se filtran al aire libre, en comparación con el silano puro: incluso una mezcla al 1 % de silano en nitrógeno puro se enciende fácilmente cuando se expone al aire. ^{[ 27 ]}

En Japón, para reducir el riesgo que supone el silano para la fabricación de células solares de silicio amorfo, varias empresas comenzaron a diluirlo con hidrógeno gaseoso. Esto generó un beneficio mutuo: la obtención de células solares fotovoltaicas más estables , al reducir el efecto Staebler-Wronski .

A diferencia del metano, el silano es ligeramente tóxico: la concentración letal en el aire para ratas ( CL50 ) es del 0,96 % (9600 ppm) tras una exposición de 4 horas. Además, el contacto con los ojos puede formar ácido silícico _, lo que provoca irritación. ^{[ 28 ]}

En lo que respecta a la exposición ocupacional al silano para los trabajadores, el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. ha establecido un límite de exposición recomendado de 5 ppm (7  mg/m³ ⁾ sobre un promedio ponderado en el tiempo de ocho horas. ^{[ 29 ]}

• Compuestos binarios de silicio-hidrógeno (a veces llamados silanos)
• Silanización
• siliciuro de magnesio
• Metano , en el que el carbono (en ese compuesto) y el silicio (en este compuesto) están juntos en el grupo del carbono .

• Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92.ª  ed.). CRC Press . ISBN 978-1439855119.

• Patente estadounidense 2474087A, Preparación de haluros de silicio