Silano: proprietà, sintesi, usi

Il silano è un composto inorganico che ha formula SiH₄ ed è pertanto un idruro. Il silicio, analogamente al carbonio presente nel metano è ibridato sp³ e pertanto il silano ha geometria molecolare di tipo tetraedrico con angoli di legame di 109.5° e la molecola è apolare.

Proprietà del silano

Il silano è un gas incolore, infiammabile e velenoso, con un odore sgradevole. Si infiamma facilmente all’aria, reagisce con agenti ossidanti, è molto tossico per inalazione ed è un forte irritante per la pelle, gli occhi e le mucose. È una specie piroforica e si decompone in modo violento a 400°C in silicio e idrogeno.

È poco solubile in etanolo, etere dietilico, benzene, cloroformio, triclorosilano e tetracloruro di silicio. Una delle sue proprietà  è la sua capacità di formare forti legami chimici con altri materiali. Ciò lo rende una scelta eccellente per l’uso come adesivo o sigillante perché può formare legami forti con un’ampia varietà di substrati, inclusi metalli, plastica, vetro, ceramica e persino legno.

Ha anche un’eccellente stabilità termica, il che significa che può resistere alle alte temperature senza perdere le sue proprietà adesive. Inoltre, è resistente all’acqua e ad altri solventi, rendendolo adatto all’uso in ambienti in cui può essere presente umidità.

Non si degrada se esposto ai raggi UV o a temperature estreme. Ciò rende il silano ideale per applicazioni esterne in cui l’adesivo o il sigillante devono essere in grado di resistere a condizioni ambientali difficili senza perdere la propria efficacia. Inoltre, il silano non si restringe né si gonfia se esposto a umidità o variazioni di temperatura, rendendolo ideale per applicazioni in cui la stabilità dimensionale è importante.

Ha anche buone proprietà di isolamento elettrico e può essere utilizzato come isolante tra due componenti in un circuito elettrico senza compromettere le prestazioni del circuito. Inoltre, il silano ha una bassa pressione di vapore, che lo rende adatto all’uso in sistemi a vuoto dove il degassamento deve essere ridotto al minimo.

Sintesi

Fu ottenuto per la prima volta dai chimici tedeschi Heinrich Buff e Friedrich Woehler alla metà del XIX secolo.

Può essere prodotto dalla reazione tra:

• siliciuro di magnesio e acido cloridrico con formazione di cloruro di magnesio:
  Mg₂Si + 4 HCl → SiH₄ + 2 MgCl₂

• silicio e cloruro di idrogeno a 300°C secondo una reazione che avviene in due stadi. Nel primo stadio si forma triclorosilano e idrogeno:
  Si + 3 HCl → SiHCl₃ + H₂

Nel secondo stadio il triclorosilano, in presenza di un catalizzatore come cloruro di alluminio, dà luogo alla formazione di silano e tetracloruro di silicio:
4 SiHCl₃ → SiH₄ + 3 SiCl₄

• silicio impuro, idrogeno e tetracloruro di silicio per ottenere triclorosilano. Quest’ultimo è il precursore di una serie di reazioni di redistribuzione ovvero di reazioni che, contrariamente alle reazioni di disproporzione, non comportano variazione dei numeri di ossidazione:

Si + 2 H₂ + 3 SiCl₄ → 4 SiHCl₃
2 SiHCl₃ → SiH₂Cl₂ + SiCl₄
2 SiH₂Cl₂ → SiHCl₃+ SiH₃Cl
2 SiH₃Cl → SiH₄ + SiH₂Cl₂

Questo metodo viene utilizzato per ottenere silano ad elevato grado di purezza da cui, per decomposizione, si può ottenere silicio puro che viene usato nell’industria dei semiconduttori.

Usi

Il silano, contrariamente ai silani, in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da gruppi contenenti carbonio, azoto e ossigeno è usato prevalentemente quale fonte di silicio puro.

Viene spesso utilizzato come agente impermeabilizzante nei progetti di costruzione. Può essere applicato su cemento, mattoni, legno e altri materiali per creare una barriera che impedisca all’acqua di penetrare ed è anche efficace nel prevenire la corrosione e i danni causati dall’umidità. 

Può essere utilizzato anche come agente di trattamento superficiale su calcestruzzo e altri materiali in muratura. Il silano aiuta a proteggere la superficie dall’usura fornendo allo stesso tempo resistenza contro macchie o scolorimento dovuti all’esposizione ai raggi UV o ad agenti chimici come acidi o alcali.