Un enlace silicio-oxígeno ( enlace Si-O ) es un enlace químico entre átomos de silicio y oxígeno que se puede encontrar en muchos compuestos orgánicos e inorgánicos . [1] En un enlace silicio-oxígeno, los electrones se comparten de manera desigual entre los dos átomos , siendo el oxígeno la mayor parte debido a su mayor electronegatividad . Esta polarización significa que los enlaces Si-O muestran características tanto de enlaces covalentes como iónicos . [2] Los compuestos que contienen enlaces silicio-oxígeno incluyen materiales de gran importancia geológica e industrial, como sílice , minerales de silicato y polímeros de silicona como el polidimetilsiloxano . [1] [3]
En la escala de electronegatividad de Pauling , el silicio tiene una electronegatividad de 1,90 y el oxígeno de 3,44. Por tanto, la diferencia de electronegatividad entre los elementos es 1,54. Debido a esta diferencia moderadamente grande en electronegatividades, el enlace Si-O es polar pero no completamente iónico . El carbono tiene una electronegatividad de 2,55, por lo que los enlaces carbono-oxígeno tienen una diferencia de electronegatividad de 0,89 y son menos polares que los enlaces silicio-oxígeno. Los enlaces silicio-oxígeno son, por tanto, covalentes y polares , con una carga parcial positiva en el silicio y una carga parcial negativa en el oxígeno: Si δ+ —O δ− . [2]
Los enlaces simples silicio-oxígeno son más largos (1,6 frente a 1,4 Å ) pero más fuertes (452 frente a aproximadamente 360 kJ mol −1 ) que los enlaces simples carbono-oxígeno . [1] Sin embargo, los dobles enlaces silicio-oxígeno son más débiles que los dobles enlaces carbono-oxígeno (590 frente a 715 kJ mol −1 ) debido a una mejor superposición de los orbitales p que forman un enlace pi más fuerte en este último. Este es un ejemplo de la regla del doble enlace . Por estas razones, el dióxido de carbono es un gas molecular que contiene dos dobles enlaces C=O por átomo de carbono, mientras que el dióxido de silicio es un sólido polimérico que contiene cuatro enlaces simples Si-O por átomo de silicio; El SiO 2 molecular que contiene dos dobles enlaces Si=O se polimerizaría. [4] Otros compuestos que contienen dobles enlaces Si=O son normalmente muy reactivos e inestables con respecto a la polimerización u oligomerización . Las silanonas se oligomerizan a siloxanos a menos que estén estabilizadas, [5] por ejemplo mediante coordinación con un centro metálico, [6] coordinación con ácidos o bases de Lewis , [7] o mediante protección estérica . [8]
Los grupos disiloxano , Si – O – Si, tienden a tener ángulos de enlace mayores que sus homólogos de carbono, C – O – C. El ángulo Si-O-Si varía aproximadamente entre 130 y 180°, mientras que el ángulo C-O-C en los éteres suele ser de 107 a 113°. Los grupos Si – O – C son intermedios y tienden a tener ángulos de enlace más pequeños que Si – O – Si pero mayores que C – O – C. Las razones principales son la hiperconjugación (donación de un orbital p de oxígeno a un orbital molecular antienlazante Si – R σ* sigma , por ejemplo) y los efectos iónicos (como la repulsión electrostática entre los dos átomos de silicio vecinos parcialmente positivos). Cálculos recientes sugieren que el enlace π desde un orbital 2p de oxígeno a un orbital 3d de silicio hace sólo una contribución menor al enlace, ya que el orbital 3d de Si tiene demasiada energía. [2]
El ángulo Si-O-Si es de 144° en cuarzo α , 155° en cuarzo β , 147° en α-cristobalita y (153±20)° en sílice vítrea . Es de 180° en coesita (otro polimorfo de SiO 2 ), en Ph 3 Si–O–SiPh 3 , [17] y en el ion [O 3 Si–O–SiO 3 ] 6− en tortveitita , Sc 2 Si 2 O 7 . Aumenta progresivamente de 133° a 180° en Ln 2 Si 2 O 7 a medida que el tamaño y el número de coordinación del lantánido disminuye de neodimio a lutecio. Es de 150° en hemimorfita y de 134° en metasilicato de litio y metasilicato de sodio . [1]
En los minerales de silicato, el silicio a menudo forma enlaces simples con cuatro átomos de oxígeno en una geometría molecular tetraédrica , formando un tetraedro de silicio-oxígeno . A altas presiones, el silicio puede aumentar su número de coordinación a seis, como en la stishovita . [1]