Tetrachlorsilan

Strukturformel
Allgemeines
Name	Tetrachlorsilan
Andere Namen	Siliciumtetrachlorid
Summenformel	SiCl4
Kurzbeschreibung	stechend riechende, farblose Flüssigkeit[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 10026-04-7 EG-Nummer 233-054-0 ECHA-InfoCard 100.030.037 PubChem 24816 ChemSpider 23201 Wikidata Q413709
Eigenschaften
Molare Masse	169,90 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig[1]
Dichte	1,48 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	−70 °C[1]
Siedepunkt	57 °C[1]
Dampfdruck	260 hPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	reagiert heftig mit Wasser[1]
Brechungsindex	1,41156 (25 °C)[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[3] ggf. erweitert[1] Gefahr H- und P-Sätze H: 301+331​‐​314​‐​335 EUH: 014 P: 280​‐​301+310+330​‐​303+361+353​‐​304+340+310​‐​305+351+338​‐​403+233 [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Tetrachlorsilan (auch Siliciumtetrachlorid, Siliziumtetrachlorid) ist das perchlorierte Derivat von Monosilan. Es ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Siliciumtetrahalogenide mit der Summenformel SiCl₄. Es ist eine farblose, flüchtige, an feuchter Luft rauchende Flüssigkeit, die aus den Elementen Silicium und Chlor besteht.

Geschichte

Tetrachlorsilan wurde zuerst 1823 von Jöns Jacob Berzelius hergestellt.^[4] Dazu leitete dieser Chlorgas über erhitztes Silicium oder ein Kieselsäure/Kohle-Gemisch und isolierte das entstandene Tetrachlorsilan in einer gekühlten Vorlage.^[5]

${\displaystyle \mathrm {Si+2\ Cl_{2}{\xrightarrow {\triangle }}\ SiCl_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {SiO_{2}+\ C\ +\ 2\ Cl_{2}{\xrightarrow {\triangle }}\ SiCl_{4}+\ CO_{2}} }$

Gewinnung und Darstellung

Tetrachlorsilan wird üblicherweise durch die chemische Reaktion von Chlor mit heißem Silicium gewonnen:

${\displaystyle \mathrm {Si+2\ Cl_{2}\rightarrow SiCl_{4}} }$.

Da bei der weiteren Verarbeitung zu Siliciumdioxid Chlorwasserstoff entsteht, wird dieser ebenfalls genutzt, um so durch den Verbund Rohstoffe zu sparen:

${\displaystyle \mathrm {Si+4\ HCl\rightarrow SiCl_{4}+2\ H_{2}} }$.

Der dabei entstehende Wasserstoff kann für die Herstellung pyrogener Kieselsäure genutzt werden.

Eigenschaften

Tetrachlorsilan ist eine sehr reaktive Verbindung. Anders als die entsprechende Kohlenstoffverbindung Tetrachlormethan reagiert Tetrachlorsilan heftig mit Wasser:

${\displaystyle \mathrm {SiCl_{4}+4\ H_{2}O\rightarrow Si(OH)_{4}+4\ HCl} }$

Die Hydrolyse von Tetrachlorsilan erfolgt dabei über die Zwischenstufen SiCl₃(OH), SiCl₂(OH)₂ und SiCl(OH)₃, welche bei niedrigeren Temperaturen isoliert werden können. Diese Zwischenprodukte können, wie bei anderen Silanolen, miteinander unter Wasserabspaltung z. B. zu linearen Verbindungen vom Typ Si_nO_(n-1)Cl_(2n+2) dimerisieren oder polymerisieren, wobei der gebildete Chlorwasserstoff die Polymerisation beschleunigt. Das erste Zwischenprodukt das Trichlormonosilanol dimerisiert analog anderen Monosilanolen, wie Trimethylsilanol, unter Bildung von Hexachlordisiloxan.^[6] Die Triebkraft der Reaktion ist in jedem Fall die Ausbildung der besonders stabilen Si–O–Si-Bindung.

Oxidationsmittel, Säuren, Alkohole, Basen, Ketone, Aldehyde u. v. a. reagieren ebenfalls mit Siliciumtetrachlorid. Es besitzt eine starke korrodierende Wirkung und wirkt ätzend auf Haut, Augen und Lungen.

Verwendung

Bei der Reinigung von Silicium wird Siliciumtetrachlorid zuweilen als Zwischenstufe verwendet. Durch Umsetzung mit Butyllithium in Diethylether kann Tetrabutylsilan hergestellt werden:^[7]

${\displaystyle {\ce {SiCl4{}+4LiC4H9->[\mathrm {Et_{2}O} ][]Si(C4H9)4{}+4LiCl}}}$

In ähnlicher Weise kann auch Tetramethylorthosilicat und Tetraethylorthosilicat hergestellt werden.^[8] Das meiste Siliziumtetrachlorid wird aber zur Produktion von Kieselsäuren verwendet.^[8]

Weblinks

• International Chemical Safety Card (ICSC) für Tetrachlorosilane beim National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f g h i} Eintrag zu Siliciumtetrachlorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 20. Januar 2022. (JavaScript erforderlich)
2. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Index of Refraction of Inorganic Liquids, S. 4-140.
3. ↑ Eintrag zu Silicon tetrachloride im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
4. ↑ Gustav Rauter: Ueber das Siliciumtetrachlorid. In: Justus Liebig's Annalen der Chemie. Band 270, Nr. 1-2, 1892, S. 235–266, doi:10.1002/jlac.18922700114. 
5. ↑ Jöns Jacob Berzelius: Chlorkiesel. In: Lehrbuch der Chemie, 5. Auflage. Band 1. Arnold-Verlag, Dresden 1856, S. 325–326 (digitale-sammlungen.de). 
6. ↑ Joseph Goubeau, Rudolf Warncke: Zur Hydrolyse von Halogeniden. I. Die Hydrolyse des Siliciumtetrachlorids. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. Band 259, Nr. 1-4, Oktober 1949, S. 109–120, doi:10.1002/zaac.19492590109. 
7. ↑ Stephan Pawlenko: Organosilicon Chemistry. Walter de Gruyter, 1986, ISBN 978-3-11-086238-6, S. 18 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
8. ↑ ^{a b} Siliziumtetrachlorid (Silicon tetrachloride). In: www.products.pcc.eu. PCC Gruppe, abgerufen am 10. September 2021.