Siliciuro di magnesio e silani sintesi

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al-ham-bic

2011-02-11 21:32

Premessa doverosa: ---> ATTENZIONE: sintesi non adatta ai principianti

(i principianti sono quelli il cui motto è: -niente paura, ho fatto ben altro io!";-)

Scopo: sintesi di Mg2Si per riduzione con magnesio della silice e successivamente generazione di SiH4

Preparazione della silice

Come fonte di SiO2 ho usato sabbia comune, a dire il vero molto impura per calcio e ferro; ideale sarebbe quella sabbia bianchissima e pura, ma non l'avevo a disposizione. Lavare prima la sabbia con acqua e poi a caldo con HCl al 15%; in questo modo se ne va il calcare (molto più di quanto si pensi) ed un pochino di ferro.

Risciacquare più volte, decantare e filtrare ogni volta. Rimane aderente al filtro in questo modo anche una buona parte della componente argillosa. Seccare all'aria e porre un po' di sabbia in mortaio e polverizzarla fin che si può. Deve risultare una polvere grigia molto fine.

A questo punto, IMPORTANTISSIMO, seccare a temperatura elevata mescolando, per eliminare ogni traccia di umidità.

La procedura seguente va eseguita come descritto, oppure diminuendo le dosi. Modifiche maggiorative nelle dosi o umidità nei reagenti possono portare a reazione incontrollata o comunque pericolosa. Da farsi in ambiente adatto e con le cautele del caso. Rileggere la premessa!

- mescolare 2 g di polvere di magnesio e 1,5 g della silice prima preparata (questa è in leggero eccesso per compensare la purezza) e porli sul fondo di una provetta asciuttissima e "sacrificale". Il motivo di questo termine lo si capirà alla fine dell'esperimento... Coprire la miscela con un paio di millimetri di silice, per isolarla dal contatto dell'aria.

Preparare un setup adeguato in cui sia possibile appendere con un morsetto la provetta inclinata a 45° in maniera stabile ed in modo che sia possibile investirla con la fiamma forte del bunsen. Porre il tutto su una base non infiammabile.

Non tenere manualmente la provetta con la pinza di legno!

Quando è tutto pronto investire la provetta con la fiamma del bunsen ed allontanarsi quanto basta in sicurezza (non c'è niente che esplode, ma va fatto così!); la reazione ci mette un po' ad avviarsi ma poi improvvisamente parte in un punto e diventa in brevissimo tempo assai "vivace" (eufemismo...), con possibile proiezione di materiale incandescente, oltre ad emissione abbondantissima di fumo bianco (MgO).

La provetta si rompe/fonde parzialmente e rimane un residuo nero; lasciar raffreddare, rompere completamente il fondo della provetta e separare il residuo dai pezzi di vetro.

Raccogliere il prodotto in un contenitore al riparo dall'umidità.

La reazione fondamentale è la seguente:

4 Mg + SiO2 ===> 2 MgO + Mg2Si

Naturalmente quando si parla di combustione avvengono altre reazioni secondarie indesiderate; nel caso specifico per esempio il magnesio reagisce con le altre impurezze della sabbia, con l'ossigeno dell'aria, ecc.

In pratica il siliciuro di magnesio ottenuto si presenta come una polvere nera, con alcune scagliette più grandi, ed è molto impuro, ma sufficiente per gli usi di curiosità che ne andremo a fare.

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Svolgimento di silani

Il siliciuro di magnesio reagisce con gli acidi secondo la reazione:

Mg2Si + 4 HCl ===> 2 MgCl2 + SiH4

formando silano SiH4 - Il silano purissimo è abbastanza stabile, ma nel caso in esame di ambiente umido e contaminato da un po' di tutto si formano anche omologhi superiori (Si2H6, Si3H8), tutte sostanze estremamente piroforiche, che si infiammano istanteneamente all'aria con violenza esplosiva ed infiammano a sua volta il silano prevalente.

In questa esperienza la generazione di silani sarà in quantità assolutamente trascurabile, ma più sufficiente a farsi vedere e sentire!

In un becker porre qualche ml di HCl al 20% e aggiungere cautamente una punta di spatola del nostro Mg2Si: la reazione precedente si risolve in piccoli lampi sulla superficie dell'acido, accompagnati dal caratteristico crepitio secco delle minuscole microesplosioni.

L'esperienza è molto carina devo dire, anche se il video è bruttino.

E ci si rende conto dell'estrema reattività di questi composti e nel contempo la loro totale differenza rispetto agli alcani.

E' l'evidenza che carbonio e silicio non sono proprio intercambiabili!

Allego il video della reazione dei silani, fatto in maniera frettolosa e della cui qualità quasi mi vergogno; non ho potuto fare nè foto nè video (ma forse meglio così... *Fischietta* ) riguardo la preparazione del siliciuro.

http://www.youtube.com/watch?v=I7iaM0AYbfg

I seguenti utenti ringraziano al-ham-bic per questo messaggio: DioBrando, **R@dIo@TtIvO**, ale93, Publios Valesios, the-rock-91, fosgene

DioBrando

2011-02-11 21:40

Figo!! =)

Max Fritz

2011-02-11 21:45

Interessante esperimento, che ho fatto più volte...

Ho provato una volta con della silice per cromatografia (ma non ditelo a Moreno, sennò mi strozza... asd) ed è l'unica volta che non ha funzionato! Le altre volte ho posto il nastro di Mg all'interno di un tubo di vetro e ho fuso il tutto su un mattone fino all'innesco. Caratteristico l'odore dei silani... molto diverso ad esempio da PH3, rispetto alla quale è più "neutro".


P.S.: visto che ho un po' di Si elementare... potrebbe funzionare meglio la cosa? O non reagirebbero Si ed Mg a caldo?

al-ham-bic

2011-02-11 22:12

Max Fritz ha scritto:

...Caratteristico l'odore dei silani... molto diverso ad esempio da PH3, rispetto alla quale è più "neutro".


P.S.: visto che ho un po' di Si elementare... potrebbe funzionare meglio la cosa? O non reagirebbero Si ed Mg a caldo?

Noi che abbiamo il pallino degli "odori" notiamo subito questa cosa... asd

Se hai Si hai la possibilità di fare Mg2Si molto più puro; i due elementi reagiscono ad alta T per sintesi diretta, certo! Il problema semmai (non ho mai provato) è polverizzare il silicio.

arkypita

2011-02-11 22:16

al-ham-bic ha scritto:

Se hai Si hai la possibilità di fare Mg2Si molto più puro; i due elementi reagiscono ad alta T per sintesi diretta, certo! Il problema semmai (non ho mai provato) è polverizzare il silicio.

L'avevo letta sul Salomone se non sbaglio e avevo in programma di farla, mi hai battuto sul tempo! Ad ogni modo la mancanza di sabbia fina e di qualità mi ha fatto desistere.


Anzi no, in realtà volevo fare questo:

79. Silicio. - I. La forma allotropica amorfa di questo elemento si ottiene in piccola quantità riducendo la silice con magnesio:

SiO2 + 2 Mg — ► Si + 2 MgO

Si mescolano intimamente 60 gr di sabbia quarzifera fina secca con 48g di polvere di magnesio e dopo aver introdotta la miscela in una ciotola di ferro si riscalda questa al rosso con una buona lampada da soffieria; quando la massa ha raggiunto tale temperatura si spinge ancora il riscaldamento su una porzione di essa affinché si inizi la reazione, che in breve si estende a tutta la massa. Si toglie poscia il prodotto dalla ciotola e lo si tratta con acido cloridrico diluito con il doppio del suo volume di acqua allo scopo di sciogliere l'ossido di magnesio, si sviluppa contemporaneamente un po' di idruro di silicio che si accende spontaneamente all'aria (vedi n. 80). Rimane come residuo del silicio assieme a sabbia indecomposta, la quale non reca danno quando il silicio è utilizzato nella preparazione di alcuni suoi derivati.

Come mai secondo Salomone la reazione darebbe Si e MgO invece che MgO e Mg2Si? Solo per il diverso rapporto stechiometrico?

P.S: il video non è poi così male!

quimico

2011-02-11 23:14

avendo a disposizione Si in polvere o sabbia fina è abbastanza semplice io ho la sabbbia che uso per cromatografia... chissà se va bene... lunedì indago io ho visto da vicino una bombola da 3L di SiH4... non l'ho mai usato perché non mi serve ho lavorato e lavoro anche adesso con i silani o meglio organosilani... meglio degli omologhi stannani decisamente più tossici o addirittura degli ormai superati plumbani... lasciamo perdere i germani la cosa che mi ha colpito è che il SiH4 è arrivato in una specie di container... era al centro di esso ed era assicurato in modo da non spostarsi di un mm anche in caso di ribaltamento del container... devo documentarmi meglio su tale idruro...

al-ham-bic

2011-02-12 08:27

I silani sono molto suscettibili, ma il SiH4 sembra proprio il più stabile, quando è puro! Quello che mi meraviglia di più è la differenza tra silani e alcani; si dice sempre l'intuitiva analogia "organica" tra C e Si ed invece qui è smentita alla grande. xArky: sì, dipende dal rapporto stechiometrico, ma in ogni caso il prodotto contiene sempre una mix più o meno spostata da una parte. Anche nel mio caso cè dentro Si, oltre a tutto il resto (Fe, ecc.). Per il siliciuro comunque il rapporto ottimale è 5:3 (Mg:SiO2).

**R@dIo@TtIvO**

2011-02-12 14:04

Bravo Al, come al solito no? Vedo che anche a te piace fare qualche video di tanto in tanto ;-)

Dott.MorenoZolghetti

2011-02-12 15:15

Non è una sintesi degna di Al azz!...troppi effetti speciali...asd

Ma vedere quelle operose e sante mani...non ha prezzo!*Hail*

Posso consigliare una provetta di vetro infusibile da 60 euro? *Si guarda intorno*

Certo, romperla è un peccato...  si si

al-ham-bic

2011-02-12 15:38

Dott.MorenoZolghetti ha scritto:

...Ma vedere quelle operose e sante mani...non ha prezzo! ...

Sei un dannato insinuatore... asd asd mi fai sentire mia zia Mariagiovanna alle prese con le sue torte!

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Meno male che non ho provette da 60 Euro, perchè anche quella non so che fine avrebbe fatto (forse starei ancora cercando di scrostarla... :-@ ).

Publios Valesios

2011-02-12 18:11

Mi stavo chiedendo se fosse possibile ottenere lo stesso con il boro... in sostanza, è possibile ottenere triidruro di boro partendo in maniera simile dall'ossido del boro più magnesio per ottenere il boruro e poi farlo reagire con l'acido cloridrico?

Max Fritz

2011-02-12 21:23

Cioè ad esempio vorresti ottenere borano da anidride borica e magnesio? Che io sappia è uno dei metodi per ottenere B elementare... non scarterei l'ipotesi che in eccesso di Mg si formi anche boruro di magnesio, ma non ci giurerei neanche. Interessante notare che in parecchie di queste reazioni e più ancora in quelle piroforiche condotte in aria (es. alluminotermie), avviene qualcosa di simile con N2: si formano sempre un po' di nitruri che reagendo con acqua acidulata liberano NH3.

Ovviamente vale la stessa cosa anche per S, P ed Se (come ci aveva mostrato sempre Al). Per gli altri elementi non so. Molto probabilmente anche As e Te seguiranno la regola... ma tutto dipende dalla facilità con cui formano i loro calcogenuri.

al-ham-bic

2011-02-12 21:56

Giusta aggiunta di Max: confermo che anche in questo caso, puntualmente, c'è stato un leggero svolgimento di ammoniaca!

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Per quanto riguarda il diboruro di magnesio (importante come superconduttore), il magnesio reagisce col boro anche a media T e quindi non escluderei che sia possibile la sintesi da Mg e B2O3, naturalmente accontentandosi nel nostro caso di un prodotto estremamente impuro.

L'anidride borica è molto fastidiosa da fare, ma poi potrebbe valer la pena di provare a sposare anche questa col magnesio.

quimico

2011-02-13 09:10

ok sull'ottenere diboruro di magnesio ma... poi... avete vagamente presente cosa sia il diborano (e i suoi omologhi superiori)? da quel che ricordo forma miscele esplosive anche a bassa concentrazione, e subisce ignizione spontanea in presenza di umidità *help* è giusto per dirlo, non tanto per... ma perché in questo periodo mi sto interessando alla chimica del boro, anche è organica... e volevamo usare il B2H6 ma abbiamo lasciato perdere...

al-ham-bic

2011-02-13 09:47

Certo Quimico, è il medesimo discorso dei silani, anche loro estremamente :esplosivo: come si è visto.

Ma date le quantità irrisorie, gli effetti ottenibili da esperienze come queste sono in definitiva identici a quelli del mio post con con Mg2Si

L'unico vero problema (per la definizione di principianti che ho citato all'inizio) sta semmai solo nella riduzione con magnesio, che è sempre da farsi con le cautele del caso.

quimico

2011-02-13 10:14

certamente, a volte perdo il filo asd la riduzione con Mg non è per niente da principianti e può risultare pericolosa se non fatta ad hoc sarà che a me hanno sempre fatto una testa quadra su queste cose anche se poi a volte alcuni docenti fanno cagate del tipo gettare NaH nel lavandino *help*

Publios Valesios

2011-02-13 18:58

Quando si esegue la reazione tra magnesio e ossido di silcio, si ha come prodotto anche silicio metallico o sbaglio? Quando si fa reagire ossido di boro e magnesio si ottiene in gran parte boro elementare...

Vorrei sapere se c'è qualche modo per ottenere quantità maggiori di boruro e meno possibile di boro elementare...

Thanks asd

al-ham-bic

2011-02-13 20:02

Ho impressione che questa domanda rimarrà senza (concreta) risposta...-_-

Publios Valesios

2011-02-13 21:49

Perchè? L'ho sparata grossa? Devo preoccuparmi per essermi allontanato dalla retta via ? asd

al-ham-bic

2011-02-13 22:03

No, no, sei in carreggiata!

Il problema è dove andar a prendere una risposta del genere azz! se non buttare ipotesi che lasciano il tempo che trovano.

Max Fritz

2011-02-14 13:11

Anche perchè se ce ne fosse una certa di procedura migliore ed alternativa, si sarebbe seguita quella...

Io partirei dalla semplice considerazione che i calcogenuri, anche i "semplicissimi" solfuri, sono spesso tra i sali comuni meno semplici da ottenere.

Vedasi il problema di Na2S... o le impurità nel CaC2 commerciale... o appunto questi siliciuri e boruri. Tutte cose che se servono e servono pure, bisogna comperarle e spenderci non poco. Altrimenti, quando l'utilizzo lo permette, ci si accontenta di miscele poco definite, ma che funzionano altrettanto bene.