Tetraethylorthosilicat

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Strukturformel
Strukturformel von Tetraethylorthosilicat
Allgemeines
Name Tetraethylorthosilicat
Andere Namen
  • Tetraethylorthosilikat
  • Tetraethylsilikat
  • Tetraethoxysilan
  • Kieselsäuretetraethylester
  • Ethylsilicat
  • TEOS
Summenformel C8H20O4Si
CAS-Nummer 78-10-4
PubChem 6517
Kurzbeschreibung

farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch[1]

Eigenschaften
Molare Masse 208,32 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

0,94 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

−82,15 °C[3]

Siedepunkt

168 °C[2]

Dampfdruck

9,21 hPa (20 °C)[1]

Löslichkeit

nahezu unlöslich in Wasser[2]

Brechungsindex

1,3928 (20 °C)[4]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP)[5], ggf. erweitert[1]
02 – Leicht-/Hochentzündlich 07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 226​‐​332​‐​319​‐​335
P: 210​‐​261​‐​280​‐​304+340​‐​312​‐​337+313​‐​403+235 [1]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [6] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [7]
Gesundheitsschädlich
Gesundheits-
schädlich
(Xn)
R- und S-Sätze R: 10​‐​20​‐​36/37
S: (2)
MAK

DFG/Schweiz: 10 ml·m−3 bzw. 85 mg·m−3[1][8]

Toxikologische Daten

6270 mg·kg−1 (LD50Ratteoral)[9]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Tetraethylorthosilicat, auch Tetraethoxysilan, Kieselsäuretetraethylester oder Ethylsilicat, kurz TEOS genannt, ist ein Ethylester der Orthokieselsäure.

Herstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

TEOS wird großtechnisch durch Alkoholyse von Siliciumtetrachlorid mit Ethanol hergestellt.[10]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Tetraethoxysilan ist eine farblose Flüssigkeit, die unter Normaldruck bei 168 °C siedet.[2] Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,17312, B = 1561,277 und C = −67,572 im Temperaturbereich von 289 bis 441,7 K.[11] Die Verdampfungsenthalpie beträgt 49,5 kJ·mol−1[11] Als Feststoff kann die Verbindung in zwei polymorphen Kristallformen vorliegen.[3] Unterhalb von −85,45 °C liegt die Kristallform II vor. Diese wandelt sich bei dieser Temperatur in einer Festphasenumwandlung mit einer Umwandlungenthalpie von 13,2 kJ·mol−1 in die Kristallform I um[3], die dann bei −82,15 °C mit einer Schmelzenthalpie von 11,14 kJ·mol−1 schmilzt.[3]

Tetraethoxysilan bildet oberhalb des Flammpunktes entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von 37 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 0,77 Vol.‑% (67 g/m3) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 23 Vol.‑% als obere Explosionsgrenze (OEG).[12][1] Die Zündtemperatur beträgt 230 °C.[12][1] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3.[1]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es wird in Sol-Gel-Prozessen als Siliciumdioxid-Prekursor zur Herstellung von kolloidalen Sol-Gel-Systemen benutzt. In Wasser ist die Verbindung weitgehend unlöslich. Als Reaktionsmedium wird daher meist ein Gemisch aus Ethanol und Wasser verwendet. Im Neutralen hydrolysiert TEOS in Wasser sehr langsam (mehrere Stunden) zu Orthokieselsäure und Ethanol:

wobei die gebildete Orthokieselsäure durch Ausbildung von Si–O–Si-Bindungen und Abgabe von Wasser weiter in Siliciumdioxid zerfällt:

Erheblich schneller erfolgt die Hydrolyse im Sauren oder Alkalischen, da beides die Reaktion erheblich katalysiert. Im Ammoniakalischen können aus einer TEOS/Ethanol-Mischung, die etwas Wasser enthält, monodisperse Siliciumdioxid-Partikel erhalten werden. Im sogenannten Stöber-Prozess[13] kann durch die Wahl der Konzentrationen, Temperaturen und Ammoniakmenge die Partikelgröße im Bereich von ca. 20–500 nm eingestellt werden. Das Verfahren wird beispielsweise zur Herstellung von photonischen Kristallen[14][15] und künstlichen Opalen[16] verwendet.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • K. Nozawa, et al.: Smart control of monodisperse Stöber silica particles: effect of reactant addition rate on growth process. In: Langmuir. Nr. 21, 2005, S. 1516–1523, doi:10.1021/la048569r.
  • T. Suratwala, M. L. Hanna, P. Whitman: Effect of humidity during the coating of Stöber silica sols. In: Journal of Non-Crystalline Solids. Nr. 349, 2004, S. 368–376, doi:10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.214.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g h Eintrag zu Tetraethylorthosilikat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016 (JavaScript erforderlich).
  2. a b c d Datenblatt Tetraethylorthosilicat (PDF) bei Merck, abgerufen am 14. März 2010.
  3. a b c d Van der Vis, M.G.M.; Cordfunke, E.H.P.; Konings, R.J.M.; Van Den Berg, G.J.K.; Van Miltenburg, J.C.: Tetraethoxysilane, Si(OC2H5)4: heat capacity and thermodynamic properties at temperatures from 0 to 440 K in J. Chem. Thermodyn. 24 (1992) 1103–1108, doi:10.1016/S0021-9614(05)80022-9.
  4. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-254.
  5. Eintrag zu Tetraethyl orthosilicate im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  6. Für Stoffe ist seit dem 1. Dezember 2012, für Gemische seit dem 1. Juni 2015 nur noch die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung gültig. Die EU-Gefahrstoffkennzeichnung ist daher nur noch auf Gebinden zulässig, welche vor diesen Daten in Verkehr gebracht wurden.
  7. Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 78-10-4 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
  8. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA): Grenzwerte am Arbeitsplatz 2015 – MAK-Werte, BAT-Werte, Grenzwerte für physikalische Einwirkungen, abgerufen am 2. November 2015.
  9. Eintrag zu Tetraethylorthosilicat in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM).
  10. Georg Brauer: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band I. Enke, Stuttgart 1975, ISBN 3-432-02328-6, S. 702.
  11. a b Stull, D.R.: Vapor Pressure of Pure Substances Organic Compounds in Ind. Eng. Chem. 39 (1947) 517–540, doi:10.1021/ie50448a022.
  12. a b E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.
  13. Werner Stöber, Arthur Fink, Ernst Bohn: Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. In: J. Colloid Interface Sci., Nr. 26, 1968, S. 62–69; doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  14. Jian Li, Weihuan Huang, Zhe Wang, Yanchun Han: A reversibly tunable colloidal photonic crystal via the infiltrated solvent liquid–solid phase transition. In: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Nr. 293, 2007, S. 130–134; doi:10.1016/j.colsurfa.2006.07.017.
  15. Martyn E. Pemble, Maria Bardosova, Ian M. Povey, Richard H. Tredgold, Debra Whitehead : Novel photonic crystal thin films using the Langmuir–Blodgett approach, in Physica B: Condensed Matter, 394/2007, S. 233–237; doi:10.1016/j.physb.2006.12.017.
  16. L. Pallavidino, et al.: Synthesis, characterization and modelling of silicon based opals. In: Journal of Non-Crystalline Solids, Nr. 352, 2006, S. 1425–1429; doi:10.1016/j.jnoncrysol.2005.10.047.