Άνοιγμα κυρίου μενού

Το δισιλάνιο (αγγλικά: disilane) είναι ανόργανη δυαδική[1] ομοιοπολική χημική ένωση, που περιέχει πυρίτιο και υδρογόνο, και έχει μοριακό τύπο Si2H6. Ανήκει στα υδρίδια των χημικών στοιχείων της ομάδας 14, και ειδικότερα στα ανόργανα σιλάνια.

Δισιλάνιο
Disilane.png
Disilane-3D-vdW.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Δισιλάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος Si2H6
Μοριακή μάζα 62,2186 ± 0,001 amu
Αριθμός CAS 1590-87-0
SMILES [SiH3][SiH3]
Δομή
Διπολική ροπή 0 D
Μήκος δεσμού 143 pm (Si-H)
222 pm (Si-Si)
Είδος δεσμού ομοιοπολικός
σ (1s-3sp3) (SiH)
ομοιοπολικός
σ (3sp3-3sp3) (Si-Si)
Πόλωση δεσμού 2% (Si+H-)
Γωνία δεσμού 109°28'
Μοριακή γεωμετρία διτετραεδρική
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -132,5°C
Σημείο βρασμού -14,5°C
Πυκνότητα 690 kg/m³ (-25°C)
2,66 kg/m³ (15°C)
2,7 kg/m³
Διαλυτότητα
στο νερό
Αδιάλυτο με αργή υδρόλυση
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το χημικά καθαρό δισιλάνιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο αέριο, με ιδιαίτερα έντονη οσμή, που μάλλον μοιάζει με αυτήν της μούχλας, όπως και του σιλανίου.

Το δισιλάνιο είναι το πυριτιούχο ανάλογο του αιθανίου, με το οποίο έχει παρόμοια μοριακή δομή, παρόλο που το δισιλάνιο είναι πολύ πιο δραστικό χημικά, κυρίως εξαιτίας του ασθενούς του διαπυριτικού (Si-Si) δεσμού του. Είναι εξαιρετικά εύφλεκτο, και γι' αυτό επικίνδυνο στο χειρισμό του, εφόσον μπορεί να σχηματίζει εκρηκτικά μείγματα αν εκτεθεί στον αέρα. Επίσης, αντιδρά έντονα και με το νερό.

Μάλιστα, αντίθετα από το δομικά συγγενές του αιθάνιο, μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα. Είναι επίσης ασφυκτικό αέριο. Είναι ακόμη τοξικό.

Το δισιλάνιο είναι αναγωγικό μέσο, εφόσον περιέχει υδρογόνο στην οξειδωτική βαθμίδα -1.

Πίνακας περιεχομένων

«Μητρικό» και «θυγατρικά» δισιλάνιαΕπεξεργασία

Ο όρος δισιλάνιο μπορεί, ακόμη να αναφέρεται, όχι μόνο στη «μητρική» ένωση, αλλά και σε άλλες «θυγατρικές» ενώσεις με γενικό τύπο Si2R6, όπου τα R, τα οποία δεν είναι αναγκαστικά τα ίδια, μπορεί να είναι υδρογόνο, αλογόνο, ή μονοσθενείς ανόργανες και οργανικές ρίζες. Επίσης δύο ή τρία R μπορεί να αντικατασταθούν από μια δισθενή ή τρισθενή ρίζα, αντιστοίχως, σχηματίζοντας έτσι και ετεροκυκλικά δισιλάνια.

ΔομήΕπεξεργασία

Η μοριακή δομή του ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του αιθανίου. Ωστόσο, οι δεσμοί Si-H είναι πολωμένοι κατά την έννοια Siδ+-Hδ-, δηλαδή αντίθετα από τους δεσμούς C-H του αιθανίου, που είναι πολωμένοι κατά την έννοια Cδ--Hδ+, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Paouling) από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling), ενώ ο άνθρακας μεγαλύτερη (2,55 κατά Paouling) από το υδρογόνο. Επίσης, ο δεσμός Si-Si είναι μακρύτερος (233 pm έναντι 154 pm) και ασθενέστερος (222 kJ/mol έναντι 346 kJ/mol) σε σύγκριση με το δεσμό C-C του αιθανίου.

Δεσμοί[2][3]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός Ισχύς δεσμού
Si-H σ 3sp³-1s 148 pm 3% Si+ H- 318 kJ/mol
Si-Si σ 3sp³-3sp³ 233 pm 0% 222 kJ/mol
Γωνίες
HSiH 109° 28'
HSiSi 109° 28'
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[4]
H (Si-H) -0,03
Si +0,09

ΙστορίαΕπεξεργασία

Ταυτοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1902 από τους Χένρι Μόιζαν (Henri Moissan) και Σάμουελ Σμάιλς (Samuel Smiles). Οι επιστήμονες αυτοί ανέφεραν ότι το δισιλάνιο είναι ανάμεσα στα προϊόντα που σχηματίζονται με επίδραση διαλυμάτων οξέων σε (διάφορα) πυριτιούχα μέταλλα. Παρόλο που αυτές οι αντιδράσεις είχαν προηγουμένως ερευνηθεί από τους Φρέντριχ Βόχλερ (Friedrich Woehler) και Χάινριχ Μπουφφ (Heinrich Buff), κατά τη χρονική περίοδο 1857 - 1858, οι Χένρι Μόιζαν και Σάμουελ Σμάιλς ήταν οι πρώτοι που ταυτοποίησαν ειδικότερα το δισιλάνιο. Το ανέφεραν όμως ως «σιλικοαιθάνιο» (silicoethane). Ανώτερα μέλη της ομόλογης σειράς με γενικό τύπο SinH2n+2 σχηματίστηκαν (επίσης) με τέτοιες αντιδράσεις και ακολούθως ταυτοποιήθηκαν από τους Καρλ Σομιέσκυ (Carl Somiesky) και Άλφερντ Στοκ (Alfred Stock).

ΣύνθεσηΕπεξεργασία

1. Το δισιλάνιο συνήθως παράγεται με υδρόλυση πυριτιούχου μαγνησίου (Mg2Si). Η αντίδραση παράγει μείγμα σιλανίου (SiH4), δισιλανίου (Si2H6), ακόμη και τρισιλανίου (Si3H8). Η μέθοδος αυτή εγκαταλείφθηκε για την παραγωγή του σιλανίου, αλλά παραμένει (οικονομικά) βιώσιμη και για την παραγωγή του δισιλανίου[5]:

 
 
 

Η παρουσία ιχνών δισιλανίου είναι υπεύθυνη για την έντονη ευφλεκτότητα του σιλανίου που παράγεται με υδρόλυση, με την ίδια μέθοδο, κατ' αναλογία με την έντονη πυροφορικότητα της φωσφίνης όταν συμπεριέχει προμείξεις διφωσφίνης.

2. Επίσης, το δισιλάνιο παράγεται με θερμικό ή φωτοχημικό διμερισμό του σιλάνιου[6]:

 

3. Η αναγωγή εξαχλωροδισιλανίου (Si2Cl6) από λιθιοαργιλιοϋδρίδιο αποδίδει δισιλάνιο με μέτρια απόδοση[7]:

 

4. Γενικότερα, δισιλάνια, ιδιαίτερα τα «θυγατρικά», παράγονται με αναγωγικό «ζευγάρωμα» σιλυλοχλωριδίων. Για παράδειγμα:

 

  • Όπου τα R, που δεν είναι απαραίτητα ίδια, παριστάνουν διάφορες μονοσθενείς (ανόργανες ή οργανικές) ομάδες ή υδρογόνο.

Ιδιότητες και εφαρμογέςΕπεξεργασία

 
«Γκοφρέτα πυριτίου»

Το δισιλάνιο διασπάται με θέρμανση γύρω στους 640 °C (απουσία οξυγόνου), παράγοντας άμορφο πυρίτιο:

 

Αυτή η διεργασία χρησιμοποιείται για την κατασκευή φωτοβολταϊκών συσκευών[5]. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την παραγωγή «γκοφρετών πυριτίου»[8][9].

Το δισιλάνιο αναφλέγεται εύκολα, σχηματίζοντας διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) και νερό (H2O):

 

Με την επαφή του με αλογόνα, με αλυδρογονάνθρακες, με οξυγόνο, με βάσεις και οξειδωτικά μέσα προκαλείται εκρηκτική αντίδραση.

Επίσης ανάγει διάφορα αντιδραστήρια, όπως για παράδειγμα:

  1. Tο υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4) σε διοξείδιο του μαγγανίου (MnO2).
  2. Τα ιόντα Hg2+ σε Hg22+.
  3. Τα ιόντα Fe3+ σε Fe2+.

Το δισιλάνιο είναι σταθερό σε ουδέτερο ή όξινο περιβάλλον, αλλά όχι και σε αλκαλικό:

 

Το δισιλάνιο αντιδρά εκρηκτικά με τα αλογόνα, ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας αλογονοπαράγωγά του[10].

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορέςΕπεξεργασία

  1. Σημείωση: Ένωση που περιέχει δύο (2) μόνο χημικά στοιχεία.
  2. Τα δεδομένα προέρχονται από τους πίνακες δεδομένων των στοιχείων άνθρακα, πυριτίου και υδρογόνου και τις πηγές«Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982»
  3. «chem.tamu.edu» (PDF). 
  4. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  5. 5,0 5,1 Barry Arkles "Silicon Compounds, Silanes" in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology John Wiley & Sons, New York, 1997. DOI: doi:10.1002/0471238961.1909120101181112.a01.
  6. US Patent 4,604,274| US Patent 4,604,274.
  7. P. W. Schenk "Silanes" in Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Vol. 1. p. 680.
  8. Disilane
  9. Πρόκειται για κρυσταλλική μορφή πυριτίου με ημιαγωγικές ιδιότητες.
  10. Εξαρτάται από τις συνθήκες και τα αλογόνα το ποια ακριβώς παράγωγα θα σχηματιστούν.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Disilan της Γερμανικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Disilane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Disilane της Γαλλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Силаны της Ρωσικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Дисилан της Ρωσικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).