Silaan (stofklasse)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Structuurformule van silaan.
Structuurformule van cyclohexasilaan.

De silanen vormen een groep van organosiliciumverbindingen met als algemene brutoformule SinH2n+2. Hierbij treden enkel bindingen tussen silicium en waterstof op, waardoor ze kunnen beschouwd worden als de siliciumanaloga van de koolwaterstoffen. Het meest eenvoudige silaan is SiH4, kortweg gewoon silaan genoemd.

Net zoals de koolwaterstoffen kunnen silanen vertakkingen bezitten en ook als cyclische structuur voorkomen. Deze worden cyclosilanen genoemd en bezitten als algemene brutoformule SinH2n.

Nomenclatuur[bewerken]

Er is een eenduidige IUPAC-nomenclatuur voor de silanen voorhanden. Lineaire silanen worden via een Grieks voorvoegsel vernoemd volgens het aantal siliciumatomen dat zij bezitten: SiH4 is dus monosilaan (kortweg ook silaan genoemd), Si2H6 is disilaan, Si3H8 is trisilaan enzovoort. Ze kunnen echter ook benoemd worden volgens de anorganische nomenclatuur: zo is siliciumtetrahydride een even goede benaming voor SiH4 als silaan. Bij langere silanen kan deze nomenclatuur soms problemen geven.

Vertakte silanen worden vernoemd volgens de alkylnomenclatuur: SiH3 is een silylgroep, Si2H5 is een disilylgroep, enzovoort. Voor cyclische silanen volgt de nomenclatuur deze van de cycloalkanen.

Binding en eigenschappen[bewerken]

De binding tussen twee siliciumatomen verschilt in tal van opzichten van de koolstof-koolstof-binding. Aangezien silicium een stuk groter is dan koolstof is de binding vooreerst langer en bijgevolg zwakker. De orbitaaloverlap die verantwoordelijk is voor het bindend moleculair orbitaal is veel minder efficiënt dan bij alkanen. Dit resulteert in een bindingssterkte van 226 kJ/mol voor de Si-Si-binding, tegenover 347 kJ/mol voor de C-C-binding. Het voorkomen van een dubbele binding (in theorie zouden dit silenen genoemd moeten worden) is bijgevolg compleet onbestaande.

Een gevolg van deze zwakke bindingen is dat silanen zeer onstabiel zijn, voornamelijk als het aantal siliciumatomen oploopt. Zo zal disilaan spontaan verbranden aan de lucht:

\mathrm{2\ Si_2H_6\ +\ 7\ O_2\longrightarrow\ 4\ SiO_2\ +\ 6\ H_2O}

Deze reactie is thermodynamisch gezien zeer gunstig: er wordt immers siliciumdioxide gevormd. De binding tussen silicium en zuurstof is veel sterker en dat uit zich in de bindingsenergie: 452 kJ/mol. Vanzelfsprekend zullen hogere silanen nog exothermer reageren met luchtzuurstof.

Silanen kunnen ook omgevormd worden tot analoga van alcoholen: dit worden silanolen genoemd.

In water wordt silaan omgezet in kiezelzuur (bij een pH groter dan 7):

\mathrm{SiH_4\ +\ 4\ H_2O\longrightarrow\ Si(OH)_4\ +\ 4\ H_2}

Homologe reeks van de silanen[bewerken]

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de eerste 7 silanen met enkele fysische eigenschappen:

Silaan Brutoformule Molaire massa
(g/mol)
Smeltpunt[1]
(°C)
Kookpunt[1]
(°C)
Dichtheid
(g/cm³)
Aggregatietoestand Alkaananaloog Aantal structuurisomeren
Silaan SiH4 32,12 -184,7 -112,1 0,00135 gasvormig methaan 1
Disilaan Si2H6 62,22 -129,4 -14,8 0,00266 gasvormig ethaan 1
Trisilaan Si3H8 92,3200 -116,9 52,9 0,739 vloeibaar propaan 1
Tetrasilaan Si4H10 122,4214 -91,6 108,4 0,795 vloeibaar butaan 2
Pentasilaan Si5H12 152,5228 -72,2 153,2 0,827 vloeibaar n-pentaan 3
Hexasilaan Si6H14 182,6242 -44,7 193,6 0,847 vloeibaar n-hexaan 5
Heptasilaan Si7H16 212,7255 -30,1 226,8 0,859 vloeibaar heptaan 9

Toepassingen[bewerken]

Het eenvoudigste silaan (SiH4) wordt in een aantal industriële en medische toepassingen aangewend. Ook de gefunctionaliseerde derivaten (zoals dichloorsilaan) ervan worden gebruikt. In de organische synthese worden silanen als reductantia gebruikt.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b (de) A.F. Holleman, E. Wiberg & N. Wiberg (1995) - Lehrbuch der anorganischen Chemie, Berlijn, p. 485 - ISBN 3-11-012641-9