Silaan (stofklasse)

De silanen vormen een groep van organosiliciumverbindingen met als algemene brutoformule Si_nH_2n+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 Si_nH_2n.

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.

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:

${\displaystyle \mathrm {2\ Si_{2}H_{6}\ +\ 7\ O_{2}\longrightarrow \ 4\ SiO_{2}\ +\ 6\ H_{2}O} }$

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):

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}\ +\ 4\ H_{2}O\longrightarrow \ Si(OH)_{4}\ +\ 4\ H_{2}} }$

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

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.

• Alkaan
• Boraan (stofklasse)
• Fosfaan (stofklasse)
• Germaan (stofklasse)
• Arsaan (stofklasse)
• Müller-Rochowsynthese
• Siloxaan