Φθοροσιλάνιο

Το φθοροσιλάνιο (αγγλικά: fluorosilane) είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει πυρίτιο, υδρογόνο και φθόριο, με μοριακό τύπο SiH₃F. Είναι ένα από τα απλούστερα αλοσιλάνια.

«Μητρικό» και «θυγατρικά» φθοροσιλάνια

Ο όρος φθοροσιλάνιο επεκτείνεται και πέραν της «μητρικής» ένωσης, και αναφέρεται, επίσης, και σε μια ευρύτερη ομάδα σιλανίων, ανόργανων και οργανικών, που περιέχουν έναν τουλάχιστον δεσμό Si-F.

Ονοματολογία

Η ονομασία φθοροσιλάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή σιλάνιο, ένα άτομο υδρογόνου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από ένα άτομο φθορίου.

Δομή

Η μοριακή δομή του φθοροσιλανίου ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του φθορομεθάνιου. Ωστόσο οι δεσμοί Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια Si^δ+-H^δ-, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Paouling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) και από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling). Επίσης, η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ πυριτίου και φθορίου (3,98 κατά Paouling) είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίστοιχη άνθρακα - φθορίου. Το γεγονός αυτό δίνει μεγάλο ποσοσστό ετεροπολικότητας στο δεσμό Si-F, δηλαδή έχουμε σε μεγάλο ποσοστό μια ένωση της μορφής [SiH₃]⁺F^-.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός	Ισχύς δεσμού
Si-F	σ	3sp³-2sp³	160 pm	66% Si+ F-	565 kJ/mol
Si-H	σ	3sp³-1s	148 pm	3% Si+ H-	318 kJ/mol
Γωνίες
HSiΗ	109° 28'
HSiF	109° 28'
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
F	-0,66
Η	-0,03
Si	+0,75

Παραγωγή

Από φθορομεθάνιο και πυρίτιο

Το φθοροσιλάνιο μπορεί να παραχθεί με αντίδραση φθορομεθανίου με πυρίτιο:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{i}\stackrel{}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{C}$

Από μεθοξυσιλάνιο και τριφθοριούχο βόριο

Το φθοροσιλάνιο μπορεί να παραχθεί με αντίδραση μεθοξυσιλανίου με τριφθοριούχο βόριο:

$\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Από χλωροσιλάνιο με τριφθοριούχο αντιμόνιο

Το φθοροσιλάνιο μπορεί να παραχθεί με αντίδραση χλωροσιλανίου με τριφθοριούχο αντιμόνιο. Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί πενταφθοριούχο αντιμόνιο, ως καταλύτης:

$\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{b}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\stackrel{Sb{F}_5}{\to }\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}$

Από χλωροσιλάνιο με φθοριούχο υφυδράργυρο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου σε χλωροσιλάνιο, μπορεί να παραχθεί φθοροσιλάνιο:

$\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }$

Με σιλάνιο και υδροφθόριο ή κάποιο αλκυλοφθορίδιο

Με επίδραση υδροφθορίου ή κάποιου αλκυλοφθοριδίου (RF) σε σιλάνιο, μπορεί να παραχθεί φθοροσιλάνιο

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$
$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{H}$

• Συμπαράγονται ως παραπροϊόντα και άλλα φθοροσιλάνια.

Φυσικές ιδιότητες

Το χημικά καθαρό φθοροσιλάνιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο αέριο. Στη στερεή κατάσταση έχει μονοκλινή κρυσταλλική δομή στους 96 K (-177,16 °C), στην ομάδα χώρου P21/n (ομάδα χώρου αριθμός 14, θέση 2) και μετατρέπεται απευθείας στην αέρια κατάσταση, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος. Στην υγρή κατάσταση βρίσκεται μόνο στη μορφή του υπέρψυχρου υγρού, μετά από ειδική επεξεργασία.

Εφαρμογές

Το φθοροσιλάνιο χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή στρωμάτων πυριτίου.

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982