Siliciumtetrahalogenide

Struktur von Tetrachlorsilan

Als Siliciumtetrahalogenide, oder Tetrahalogensilane bezeichnet man Verbindungen des Siliciums mit den Halogenen Fluor, Chlor, Brom oder Iod vom Typ SiX₄ (X=Halogen). Diese Halogensilane sind Derivate des Monosilans, wobei alle Wasserstoff-Atome durch Halogene ersetzt sind.<ref name="Hollemann_102_944" /> Es existieren von allen stabilen Halogeniden die reinen Tetrahalogensilane,<ref name="Hollemann_102_944" /> daneben sind auch gemischte Tetrahalogensilane bekannt.<ref name="SiClF" />

Darstellung

Die Synthese der Tetrahalogensilane kann aus den Elementen oder durch Umsetzung von Siliciumdioxid oder Silicium mit einem Überschuss Halogenwasserstoff erfolgen:<ref name="Berzelius" /><ref name="Hollemann_102_944" /><ref name="Booth" />

<math>\mathrm{Si + 2 \ X_2\xrightarrow{\triangle} \ SiX_4 \; \; \; X=F, Cl, Br, I}</math>

<math>\mathrm{SiO_2 + 4 \; HF \xrightarrow{\triangle} SiF_4 + 2 \; H_2O}</math>

<math>\mathrm{Si + 4 \; HX \xrightarrow{\triangle} SiX_4 + 2 \; \; H_2 \; \; \; X=Cl, Br}</math>

Eigenschaften

Mit zunehmendem Molekulargewicht erhöhen sich Schmelz- und Siepunkte der Tetrahalogensilane: Unter Normalbedingungen liegt SiF₄ als Gas vor, während es sich bei der Chlor- und Bromverbindung um Flüssigkeiten handelt. Das Iodid ist hingegen ein Feststoff.<ref name="Hollemann_102_944" /> Im Gegensatz zu ihren Kohlenstoffanaloga, den Halogenkohlenwasserstoffen vom Typ CX₄, wie beispielsweise Tetrachlormethan, sind Tetrahalogensilane hochreaktive Verbindungen. Ihre Beständigkeit nimmt mit zunehmendem Molekulargewicht ab.<ref name="Hollemann_102_944" />

	Tetrafluorsilan	Tetrachlorsilan	Tetrabromsilan	Tetraiodsilan
Formel	SiF₄	SiCl₄	SiBr₄	SiI₄
Molare Masse	104,1 g·mol⁻¹	169,90 g·mol⁻¹	347,72 g·mol⁻¹	535,70 g·mol⁻¹
CAS	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN
EG-Nummer	232-015-5	233-054-0	232-182-4	236-706-2
ECHA-Infocard	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA
Aggregat	gasförmig<ref name="Hollemann_102_944" />	flüssig<ref name="Hollemann_102_944" />	flüssig<ref name="Hollemann_102_944" />	fest<ref name="Hollemann_102_944" />
Farbe	farblos<ref name="Hollemann_102_944" />
Schmelzpunkt	−95,2 °C<ref name="GESTIS SiF4" /><ref group="Anm">Sublimation</ref>	−70 °C<ref name="GESTIS SiCl4" />	5 °C<ref name="Alfa SiBr4" />	120,5 °C<ref name="Sigma SiI4" />
Siedepunkt		57 °C<ref name="GESTIS SiCl4" />	154 °C<ref name="Alfa SiBr4" />	287,4 °C<ref name="Sigma SiI4" />
Dichte	4,372 kg·m⁻³ (15 °C)<ref name="GESTIS SiF4" />	1,48 g·cm⁻³<ref name="GESTIS SiCl4" />	2,800 g·cm⁻³<ref name="Alfa SiBr4" />	4,198 g·cm⁻³ (25 °C)<ref name="Sigma SiI4" />
Brechungsindex		1,41156 (25 °C)<ref name="CRC90_4_140" />	1,5685 (31 °C)<ref name="CRC90_4_140" />
<math>\Delta H_f</math> (kJ/mol)	−1615<ref name="Hollemann_102_944" />	−663<ref name="Hollemann_102_944" />	−415<ref name="Hollemann_102_944" />	−110<ref name="Hollemann_102_944" />
Si-X-Bindungslänge	155 pm<ref name="Hollemann_102_944" />	209 pm<ref name="Hollemann_102_944" />	218 pm<ref name="Hollemann_102_944" />	243 pm<ref name="Hollemann_102_944" />

Anmerkungen: <references group="Anm" /> Die Tetrahalogensilane sind tetraedrisch aufgebaut. Durch den polaren Charakter ist die Si-X-Bindungslänge im SiF₄ verkürzt (berechnet: 181 pm) und liegt zwischen einen Einfach- und einer Doppelbindung. Der Effekt auf die Bindungslänge nimmt zu den schwereren Halogenen hin ab (berechnet Si–Cl 216 pm, Si–Br 231 pm, Si–I 240 pm).<ref name="Hollemann_102_944" />

Reaktionen

Die Silicium-Halogen-Bindung in Tetrahalogensilanen kann durch nukleophile Substitution leicht aufgespalten werden. Entsprechend sind Tetrahalogensilane sehr hydrolyseempfindlich und werden durch Wasser rasch in Kieselsäure umgewandelt.<ref name="Hollemann_102_944" /> Durch Umsetzung mit Alkoholen (Alkoholyse) entstehende die entsprechenden Alkoholate.<ref name="Hollemann_102_944" />

<math>\mathrm{SiX_4 + 4 \; H_2O \xrightarrow{} Si(OH)_4 + 4 \; HX \; \; \; X=F, Cl, Br, I}</math>

Durch Umsetzung mit Alkoholen (Alkoholyse) entstehen die entsprechenden Alkoholate, wie Tetraethoxysilan.<ref name="Hollemann_102_944" />

<math>\mathrm{SiCl_4 + 4 \; CH_3CH_2OH \xrightarrow{} Si(OCH_2CH_3)_4 + 4 \; HX}</math>

Gemischte Tetraholgensilane

Unter den gemischten Tetrahalogensilane sind wie z. B. bekannt:<ref name="SiClF" />

Einzelnachweise

<references> <ref name="Alfa SiBr4"> Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa Aesar Vorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar). </ref> <ref name="Berzelius"> {{#invoke:Vorlage:Literatur|f}} </ref> <ref name="Booth"> {{#invoke:Vorlage:Literatur|f}} </ref> <ref name="CRC90_4_140"> Vorlage:CRC Handbook </ref> <ref name="GESTIS SiCl4"> Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA{{#if: 2016-02-01 | Vorlage:Abrufdatum }} (JavaScript erforderlich){{#invoke:TemplatePar|valid|ZVG|2=/^[1-9]%d%d%d%d?%d?$/ |cat={{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:GESTIS}} |errNS=0 |template=Vorlage:GESTIS |format=@@@ |preview=1 }}{{#if: 10026-04-7 | {{#invoke:TemplatePar|valid|CAS|2=/^[1-9]%d%d?%d?%d?%d?%d?%-%d%d%-%d$/ |cat={{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:GESTIS}} |errNS=0 |template=Vorlage:GESTIS |format=@@@ |preview=1 }} }}{{#invoke:TemplatePar|check |all= ZVG= |opt= CAS= Name= Abruf= |cat={{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:GESTIS}} |errNS=0 |template=Vorlage:GESTIS |format=@@@ |preview=1 }} </ref> <ref name="GESTIS SiF4"> Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA{{#if: 2021-01-08 | Vorlage:Abrufdatum }} (JavaScript erforderlich){{#invoke:TemplatePar|valid|ZVG|2=/^[1-9]%d%d%d%d?%d?$/ |cat={{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:GESTIS}} |errNS=0 |template=Vorlage:GESTIS |format=@@@ |preview=1 }}{{#if: 7783-61-1 | {{#invoke:TemplatePar|valid|CAS|2=/^[1-9]%d%d?%d?%d?%d?%d?%-%d%d%-%d$/ |cat={{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:GESTIS}} |errNS=0 |template=Vorlage:GESTIS |format=@@@ |preview=1 }} }}{{#invoke:TemplatePar|check |all= ZVG= |opt= CAS= Name= Abruf= |cat={{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:GESTIS}} |errNS=0 |template=Vorlage:GESTIS |format=@@@ |preview=1 }} </ref> <ref name="Hollemann_102_944"> Vorlage:Holleman-Wiberg </ref> <ref name="SiClF"> {{#invoke:Vorlage:Literatur|f}} </ref> <ref name="Sigma SiI4"> Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Sigma-Aldrich Vorlage:Abrufdatum (safesubst:#if:1|ALDRICH}}/{{ safesubst:#if:1|465755}}?userType=anonymous PDF).{{#switch: ALDRICH

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