Tetrasilane

Tetrasilane is a silane with the structure formula SiH₃–(SiH₂)₂–SiH₃. It is the silane analog of butane.

Preparation

Tetrasilane can be prepared by reacting magnesium silicide (Mg₂Si) with acids like 20% phosphoric acid in 50–60 °C.

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{⟶}\mathrm{S}{\mathrm{i}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}}$

The reaction can produce silanes up to n=15. The reaction of magnesium silicide with 25% hydrochloric acid produces 40% monosilane, 30% disilane, 15% trisilane, 10% tetrasilane and 5% higher silanes. The mixture can be separated by fractional distillation.

In addition, higher silanes can also be obtained by discharges monosilane:

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

Properties

Tetrasilane is a colourless, pyrophoric liquid that has a disgusting odour. Even below 54 °C, it will still spontaneous combust. It is even more unstable than trisilane, slowly decomposing at room temperature, releasing hydrogen and forming shorter chain silanes.

Reactions

Photochemical disproportionation of tetrasilane will produce 3-silylpentasilane and disilane.

$\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{i}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{\to }\mathrm{S}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{S}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}$

With the presence of aluminium chloride, heating tetrasilane in xylene will allow isomerization to isotetrasilane.

$\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{-}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}$