Tetrafluoruro di silicio: proprietà, sintesi, reazioni, usi

Il tetrafluoruro di silicio noto come tetrafluorosilano è un composto inorganico avente formula SiF₄. In condizioni normali, il tetrafluoruro di silicio è stabile, ma la stabilità può essere influenzata dal contatto con acqua o aria umida.

Gli alogenuri di silicio sono ampiamente utilizzati come materiali di partenza per la preparazione di diversi composti organosilicionici.

Proprietà

Si presenta come un gas incolore, non infiammabile, corrosivo e tossico con un odore pungente simile a quello del cloruro di idrogeno.

Ha una geometria molecolare di tipo tetraedrica analoga a quella del metano e, stante la struttura simmetrica, è una molecola apolare.

Sintesi del tetrafluoruro di silicio

Il tetrafluoruro di silicio può essere preparato attraverso alcune vie sintetiche dalla reazione tra:

• esafluoruro di xeno e biossido di silicio:
  4 XeF₆ + 2 SiO₂ → 4 XeOF₄ + 2 SiF₄
• fluoruro di calcio e biossido di silicio in presenza di acido solforico:
  2 CaF₂ + SiO₂ + 2 H₂SO₄ → SiF₄ + 2 CaSO₄ + 2 H₂O
• biossido di silicio e fluoro:
  SiO₂ + 2 F₂ → SiF₄ + O₂
• tetracloruro di silicio e fluoruro di piombo in presenza di acetonitrile:
  SiCl₄ + 2 PbF₂ → SiF₄ + 2 PbCl₂

Tale reazione avviene con una resa del 66% e dà un prodotto ad elevata purezza

Reazioni

Tra gli alogenuri del silicio, tutti a carattere covalente, il tetrafluoruro, SiF₄, si discioglie nelle soluzioni acquose di acido fluoridrico trasformandosi in acido esafluorosilicico, H₂SiF₆
SiF₄ +  2 HF → H₂SiF₆

Il tetrafluoruro di silicio reagisce con:

• fluoruro di sodio per dare l’esafluorosilicato di sodio
  SiF_4(g)  + 2 NaF → Na₂SiF_6(s)

• idruro di magnesio per dare silano e fluoruro di magnesio
  SiF_4(g) + 2 MgH₂ → SiH₄ + 2 MgF₂

• metano in presenza di ossigeno per dare biossido di silicio, biossido di carbonio e acido fluoridrico
  SiF_4(g) + CH₄ + 2 O₂ → SiO₂ + CO₂ + 4 HF

• sodio per dare silicio e fluoruro di sodio
  SiF_4(g) + 4 Na → Si + 4 NaF

• ione fluoruro per dare il complesso pentafluorosilicato
  SiF₄ + F^– → SiF₅^–

Usi

Il tetrafluoruro di silicio viene utilizzato nei processi di impianto ionico e come precursore della silice fluorurata

Miscele di tetrafluoruro di silicio, silano e idrogeno sono state recentemente utilizzate per depositare film sottili di silicio policristallino tramite deposizione chimica da vapore. Tali film sottili fluorurati mostrano fotoluminescenza visibile a temperatura ambiente.

Viene inoltre utilizzato quale gas dopante nei semiconduttori e come fonte di fluoro in processi che richiedono concentrazioni controllate di fluoro.