Silano (7803-62-5) Propriedades Físicas e Químicas

Perfil Químico

Silano

Gás incolor e inflamável de hidreto de silício usado industrialmente como precursor reativo para deposição de silício e síntese de materiais especiais.

Número CAS	7803-62-5
Família	Silanos (hidretos de silício)
Forma Típica	Gás incolor (comprimido)
Qualidades Comerciais Comuns	EP

Fornecido e utilizado principalmente como precursor reativo para deposição de filme de silício (ex.: CVD) na fabricação de semicondutores e fotovoltaicos e em pesquisas de materiais; é também empregado como matéria-prima para síntese de organosilanos. Equipes de compras, controle de qualidade e engenharia normalmente avaliam as qualidades do fornecedor e perfis de impurezas para compatibilidade processual, além de planejar o manuseio adequado em fase gasosa, ventilação e inertização devido à inflamabilidade e riscos por inalação do material.

O silano é o hidreto de silício mais simples (fórmula química H4Si ou SiH4), um hidreto inorgânico mononuclear e o composto pai da família dos silanos. Estruturalmente, é uma molécula tetraédrica com um átomo único de silício ligado a quatro átomos de hidrogênio; a geometria e a ligação são formalmente análogas às do metano, porém com ligações Si–H maiores e mais polarizáveis. A estrutura eletrônica é caracterizada por ligações predominantemente sigma entre orbitais sp3 do silício e orbitais 1s do hidrogênio; a molécula é centrosimétrica e, portanto, apolar globalmente, com momento dipolar permanente desprezível e área superficial polar topológica calculada igual a 0.

Em condições ambiente, o silano é um gás leve, de baixo peso molecular, com volatilidade muito alta e baixa coesão intermolecular. Não apresenta funcionalidade doadora ou aceitadora de ligações de hidrogênio, nenhuma ligação rotacional e peso molecular de 32.117 (veja os parâmetros moleculares abaixo). Quimicamente, é um agente redutor forte e se oxida ou decompõe facilmente; pode inflamar-se espontaneamente no ar (comportamento pirofórico) e reage com oxidantes, halogênios e alguns cloretos covalentes. O silano hidrolisa lentamente com água, produzindo hidrogênio e óxidos hidratados de silício; sua decomposição térmica em temperaturas elevadas gera hidrogênio e deposita silício de alta pureza.

A relevância industrial decorre principalmente do papel do silano como fonte gasosa de silício: é precursor primário para deposição química de vapor (CVD) e crescimento epitaxial de filmes de silício e contendo silício (incluindo silício amorfo e policristalino) utilizados na fabricação de semicondutores e dispositivos fotovoltaicos. Sua combinação de volatilidade e decomposição limpa em silício o torna uma matéria-prima padrão nos processos eletrônicos e fotovoltaicos.

Qualidades comerciais comuns reportadas para esta substância incluem: EP.

Propriedades Físicas Básicas

Densidade

Densidade do líquido: 0,68 a \(-185\,^\circ\mathrm{C}\) (líquido).
Densidades relativas do gás relatadas: 1,11 (densidade relativa do gás) e densidade relativa de vapor (ar = 1): 1,3.
Gravidade específica (gás): 1,44 \(\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\) (reportado como gravidade específica do gás).

Explicação: O silano é um gás muito leve nas condições padrão; densidades relativas de vapor reportadas ligeiramente acima da unidade indicam que os vapores podem ser comparáveis ou um pouco mais pesados que o ar, dependendo das condições e do método de medição. A densidade do líquido é reportada em temperatura criogênica, onde o silano se condensa.

Ponto de Fusão

Ponto de fusão reportado: \(-185\,^\circ\mathrm{C}\) (também reportado como \(-301\,^\circ\mathrm{F}\)).

Se necessário para o manuseio de silano liquefeito, estas transições de fase criogênicas indicam a faixa de temperatura para solidificação/liquefação.

Ponto de Ebulição

Ponto de ebulição reportado: \(-112\,^\circ\mathrm{C}\) (também reportado como \(-169\,^\circ\mathrm{F}\)); uma entrada especifica \(-169\,^\circ\mathrm{F}\) a \(760\,\mathrm{mmHg}\).

O ponto de ebulição muito baixo do silano explica sua presença como gás à temperatura ambiente e a necessidade de cilindros pressurizados ou contenção criogênica para armazená-lo na forma condensada.

Pressão de Vapor

Pressão de vapor reportada: \(>1\,\mathrm{atm}\).

Qualitativo: A entrada de pressão de vapor reflete que a temperaturas normais o silano é gasoso e exerce pressão de vapor significativa; o armazenamento em cilindros é prática padrão.

Ponto de Inflamação

Reportado: Não aplicável (Gás).

O silano é classificado como um gás extremamente inflamável/pirofórico; ponto de inflamabilidade não se aplica para fase gasosa comprimida ou ambiente.

Propriedades Químicas

Solubilidade e Comportamento de Fase

Solubilidade: Descrito como decompõe-se na água; "decomposição lenta na água"; "Solubilidade em água: reação lenta".
Fase em ambiente: Gás ou vapor; gás incolor com odor característico (repulsivo).

Interpretação: O silano não se dissolve como soluto molecular estável em solventes orgânicos comuns (praticamente insolúvel em álcool, éter, benzeno, clorofórmio etc. conforme reportado) e é quimicamente reativo em meio aquoso, sofrendo hidrólise lenta para espécies silícicas e hidrogênio. Em contextos processuais, seu comportamento de fase é dominado pelo transporte em fase gasosa e rápida dispersão; o silano condensado (líquido) existe somente sob condições pressurizadas ou criogênicas.

Reatividade e Estabilidade

Estabilidade reportada: Estável à temperatura ambiente, porém se decompõe em temperaturas elevadas (decomposição completa próxima a \(\sim 400\,^\circ\mathrm{C}\)); a decomposição libera hidrogênio e deposita silício. Relatos indicam decomposição rápida a \(500\,^\circ\mathrm{C}\), e decomposição completa próxima a \(400\,^\circ\mathrm{C}\).
Autoignição / piroforicidade: Descrito como pirofórico; o silano pode inflamar-se espontaneamente no ar e requer baixa energia de ignição.
Alertas de reatividade / incompatibilidades: Forte agente redutor; reativo com água (especialmente na presença de base), reage violentamente ou queima em contato com halogênios (bromo, cloro) ou certos cloretos covalentes; reage com materiais oxidantes; misturas com óxidos de nitrogênio e óxido nitroso podem explodir facilmente.
Comportamento de decomposição: Decompõe-se em silício e hidrogênio ao aquecer ou queimar; a decomposição pode ser explosiva em condições confinadas.

Nota operacional: Sistemas que manipulam silano requerem controles para prevenir contato com oxidantes e halogênios, eliminação de fontes de ignição e salvaguardas técnicas para evitar acumulação e liberação inadvertida. Até mesmo impurezas em traço ou outros silanos na mistura podem alterar o comportamento de ignição.

Dados Termodinâmicos

Entalpias padrão e Capacidade Calorífica

Não há valor experimentalmente estabelecido para esta propriedade disponível no contexto atual dos dados.

Comentário: Embora listas agregadas e bases de dados possam conter tabelas termodinâmicas para pequenos hidretos, não são fornecidos valores numéricos específicos de entalpia padrão de formação ou capacidade calorífica para silano nos fragmentos de dados disponíveis aqui.

Parâmetros Moleculares

Peso Molecular e Fórmula

Fórmula molecular: H4Si (também reportado como SiH4).
Peso molecular: 32,117 (usar unidades \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) para massa molar).

Descritores computados: - Massa exata / Massa monoisotópica: 32,008226662. - Contagem de átomos pesados: 1. - Carga formal: 0. - Contagem de unidades covalentemente ligadas: 1. - Composto canônico: Sim.

LogP e Polaridade

Área superficial polar topológica (TPSA): 0.
Contagem de doadores de ligação de hidrogênio: 0.
Contagem de aceitores de ligação de hidrogênio: 0.
Contagem de ligações rotativas: 0.
Complexidade: 0.

Interpretação: O silano é essencialmente apolar e não possui grupos funcionais polares; métricas clássicas de partição como logP não são muito significativas para um hidreto inorgânico gasoso. A ausência de área superficial polar e capacidade de formar ligações de hidrogênio corresponde a baixa polaridade intermolecular em sentido molecular; no entanto, a alta polarizabilidade das ligações Si–H e a reatividade na fase gasosa governam muitos comportamentos físicos e químicos.

Características Estruturais

O silano é uma espécie tetraédrica SiH4 (Si em hibridização nominal sp3). As ligações Si–H são mais polarizáveis e mais longas que as ligações C–H; o raio atômico maior do silício e a eletronegatividade menor em comparação ao carbono resultam em ligações que são mais facilmente polarizadas e mais suscetíveis a ataques oxidativos ou de radicais. A simetria da molécula (Td) resulta na ausência de dipolo permanente, mas a reatividade é dominada pelo caráter redutor da ligação Si–H e pela homólise ou heterólise fácil da ligação Si–H sob condições energéticas ou catalíticas apropriadas. Reações na fase gasosa e na superfície (por exemplo, decomposição pirolítica em substratos aquecidos) são centrais para seu uso como fonte de silício.

Identificadores e Sinônimos

Números de Registro e Códigos

Número de Registro CAS: 7803-62-5
Número CE: 232-263-4
Número ONU / Transporte: 2203
Descrição ONU/NA para transporte: UN 2203; Silano
ID ONU (DOT): UN2203
Classe de risco ONU: 2.1 (gás inflamável)
UNII: 5J076063R1
Número RTECS: VV1400000
ChEBI: CHEBI:29389
ID DSSTox da substância: DTXSID6052534
Número ICSC: 0564
Códigos Nikkaji e outros códigos de registro presentes em listas de fornecedores (relatados na fonte)
InChI: InChI=1S/H4Si/h1H4
InChIKey: BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N
SMILES: [SiH4]

(Os identificadores acima foram extraídos de registros relatados e listagens de descritores estruturais.)

Sinônimos e Nomes Estruturais

Sinônimos relatados (selecionados, conforme fornecido): - monosilano - silicano - tetra-hidreto de silício - SILANE - Silicano - Monosilano - Hidreto de silício - SiH4 - tetra-hidrurosilício - H4Si - Hidreto de silício (SiH4) - [SiH4] - Tetra-hidreto de silício

Estes nomes alternativos e códigos são usados de forma intercambiável em comunicações de fornecedores, regulatórias e científicas; o número CAS acima é o registro numérico principal.

Aplicações Industriais e Comerciais

Usos Representativos e Setores Industriais

Uso principal: precursor gasoso para a deposição de silício na fabricação de semicondutores e fotovoltaicos; fonte de silício hiperpuro para CVD e crescimento de camadas epitaxiais.
Outros usos em processos: agente de dopagem na fabricação de dispositivos em estado sólido; matéria-prima para produção de silício amorfo e certos derivados organossilícicos por adição controlada ou pirólise.
Setores industriais: fabricação de semicondutores, materiais eletrônicos, produção de células fotovoltaicas, fornecimento de gases especiais.

A volatilidade do silano e sua decomposição limpa em silício elementar e hidrogênio sustentam sua escolha como gás de processo quando são requeridas camadas de silício de alta pureza.

Papel na Síntese ou Formulações

O silano é um bloco fundamental para a geração de silanos superiores e organossilanos por meio de reações de adição ou funcionalização controlada de hidrocarbonetos. Na prática industrial, é usado frequentemente em processos na fase gasosa (CVD, CVD a baixa pressão) e como agente redutor em sequências sintéticas específicas.
A decomposição pirolítica do silano em substratos aquecidos deposita filmes de silício; a decomposição térmica seletiva é usada para controlar a morfologia e pureza do filme.

Quando é necessário manuseio ou armazenamento líquido, podem ser formuladas misturas e silanos superiores; impurezas relatadas em gases comerciais podem incluir hidretos voláteis como fosfina ou arsina em quantidades traço e devem ser controladas para aplicações em semicondutores.

Visão Geral de Segurança e Manuseio

Toxicidade Aguda e Ocupacional

Dados de toxicidade por inalação aguda (relatados): valores de CL50 (rato) reportados como 9.600 \(\mathrm{ppm}\) / 4 h e alternativamente 4.000 \(\mathrm{ppm}\) / 4 h em diferentes estudos. Mortalidade em camundongos em altas concentrações (ex.: 10.000 \(\mathrm{ppm}\) por 4 h) também foi observada. LD50 relatada (coelho, subcutâneo): 3540 \(\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\).
Órgãos-alvo / efeitos: olhos, pele, sistema respiratório e sistema nervoso central. Sinais e sintomas da exposição incluem tosse, dor de cabeça, náusea, dor de garganta; contato com líquido pode causar congelamento; irritante para pele e olhos.
Limites de exposição ocupacional (relatados): TWA \(5\,\mathrm{ppm}\) (equivalência reportada \(7\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\)); recomendações para excursões e limites específicos por país podem variar.
Valores AEGL (interinos) (reportados, unidades ppm):
10 min: \(100,\ 170,\ 300\) (AEGL‑1, AEGL‑2, AEGL‑3)
30 min: \(100,\ 170,\ 300\)
60 min: \(100,\ 130,\ 270\)
4 h: NR, \(80,\ 170\)
8 h: NR, \(42,\ 80\)
(NR = não recomendado devido a dados insuficientes.)

Resumo de perigo: o silano é um gás extremamente inflamável e pirofórico que pode entrar em ignição espontaneamente no ar. Os perigos agudos primários são fogo, explosão, asfixia química em espaços confinados e irritação respiratória. Monitoramento da exposição e controles de engenharia são essenciais em ambientes de processo.

Considerações para Armazenamento e Manuseio

Armazenamento: Armazenar cilindros e sistemas de gás de processo em locais frescos, secos, bem ventilados, isolados de agentes oxidantes, halogênios e bases. Usar armazenamento à prova de fogo, ventilado e seguro contra impactos; manter sistemas de fornecimento de gás aterrados para evitar descarga estática.
Manuseio: Eliminar fontes de ignição nas áreas de manuseio; usar equipamentos elétricos à prova de explosão e instrumentação intrinsicamente segura. Empregar sistemas fechados e ventilação local exaustora onde o silano é utilizado. Utilizar detectores de gás e intertravamentos automáticos para segurança do processo. Prevenir refluxo e contaminação cruzada das linhas de gás.
Equipamento de proteção individual (EPI): Para eventuais liberações ou combate a incêndio: aparelho respiratório autónomo (SCBA) com pressão positiva e vestimenta de proteção completa. Para operações rotineiras, usar EPI apropriado para manuseio de gases, proteção ocular e luvas isolantes contra frio ao manipular silano criogênico ou liquefeito.
Combate a incêndio e resposta a liberações: Não tentar extinguir um incêndio de gás silano em fluxo, a menos que o vazamento possa ser interrompido; se possível, desligar o fornecimento e permitir que o material liberado queime completamente. Para incêndios pequenos, usar agente químico seco ou CO2; para incêndios maiores, utilizar spray ou névoa de água para resfriar os recipientes e proteger as áreas próximas, mantendo distância segura. Evitar direcionar água diretamente no ponto do vazamento; o spray de água pode reduzir concentrações de vapor, mas pode causar formação de gelo. Isolar e evacuar áreas a favor do vento em casos de liberações significativas.
Descarte e planejamento de emergências: Em liberações descontroladas, evacuar e isolar a área; evitar entrada em espaços confinados onde vapores possam se acumular. Consultar a documentação de segurança específica do produto e legislação local para práticas permitidas de descarte e descontaminação.

Para informações detalhadas sobre perigos, transporte e regulamentação, os usuários devem consultar a Ficha de Dados de Segurança (FDS) específica do produto e a legislação local aplicável.