Tetraethylorthosilicat

Strukturformel
Strukturformel von Tetraethylorthosilicat
Allgemeines
Name	Tetraethylorthosilicat
Andere Namen	Tetraethylorthosilikat Tetraethylsilikat Tetraethoxysilan Kieselsäuretetraethylester Ethylsilicat Vorlage:INCI TEOS
Summenformel	C8H20O4Si
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 201-083-8 ECHA-InfoCard 100.000.986 PubChem 6517 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	208,32 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,94 g·cm−3<ref name="merck">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei MerckVorlage:Abrufdatum</ref>
Schmelzpunkt	−82,15 °C<ref name="Vis" />
Siedepunkt	168 °C<ref name="merck" />
Dampfdruck	9,21 hPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser<ref name="merck" />
Brechungsindex	1,3928 (20 °C)<ref name="CRC90_3_254">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.</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),<ref name="CLP_100.000.986">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der Datenbank ECHA CHEM der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA)Vorlage:Abrufdatum Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.</ref> ggf. erweitert<ref name="GESTIS" /> Gefahrensymbol Achtung H- und P-Sätze H: 226​‐​332​‐​319​‐​335 P: 210​‐​261​‐​280​‐​304+340​‐​305+351+338<ref name="GESTIS" />
MAK	DFG/Schweiz: 10 ml·m−3 bzw. 85 mg·m−3<ref name="GESTIS" /><ref>Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 78-10-4 bzw. Tetraethylorthosilicat)Vorlage:Abrufdatum</ref>
Toxikologische Daten	6270 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref name="ChemIDplus">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM)Vorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar, Inhalt nun verfügbar via PubChem ID )</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

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

Herstellung

TEOS wird großtechnisch durch Alkoholyse von Siliciumtetrachlorid mit Ethanol hergestellt.<ref name="brauer"></ref>

<math>\mathrm{SiCl_4 + 4 \ C_2H_5OH \longrightarrow Si(OC_2H_5)_4 + 4 \ HCl}</math>

Eigenschaften

Tetraethoxysilan ist eine farblose Flüssigkeit, die unter Normaldruck bei 168 °C siedet.<ref name="merck" /> 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.<ref name="Stull">D.R. Stull: Vapor Pressure of Pure Substances Organic Compounds. In: Ind. Eng. Chem. Bd. 39, 1947, S. 517–540, doi:10.1021/ie50448a022.</ref> Die Verdampfungsenthalpie beträgt 49,5 kJ·mol⁻¹<ref name="Stull" /> Als Feststoff kann die Verbindung in zwei polymorphen Kristallformen vorliegen.<ref name="Vis">M.G.M. Van der Vis, E.H.P. Cordfunke, R.J.M. Konings, G.J.K. Van Den Berg,J.C. Van Miltenburg: Tetraethoxysilane, Si(OC₂H₅)₄: heat capacity and thermodynamic properties at temperatures from 0 to 440 K. In: J. Chem. Thermodyn. Bd. 24, 1992, S. 1103–1108, doi:10.1016/S0021-9614(05)80022-9.</ref> 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<ref name="Vis" />, die dann bei −82,15 °C mit einer Schmelzenthalpie von 11,14 kJ·mol⁻¹ schmilzt.<ref name="Vis" />

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).<ref name="Brandes">E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.</ref><ref name="GESTIS" /> Die Zündtemperatur beträgt 230 °C.<ref name="Brandes" /><ref name="GESTIS" /> Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3.<ref name="GESTIS" />

Verwendung

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:

<math>\mathrm{C_8H_{20}O_4Si + 4 \ H_2O \longrightarrow Si(OH)_4 + 4 \ C_2H_5OH}</math>

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

<math>\mathrm{H_4SiO_4 \longrightarrow H_2SiO_3 + \ H_2O}</math>

<math>\mathrm{H_2SiO_3 \longrightarrow SiO_2 + \ H_2O}</math>

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. In der sogenannten Stöber-Synthese<ref name="stoeber">Werner Stöber, Arthur Fink, Ernst Bohn: Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. In: J. Colloid Interface Sci. Bd. 26, 1968, S. 62–69, doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5.</ref> 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<ref>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. Bd. 293, 2007, S. 130–134, doi:10.1016/j.colsurfa.2006.07.017.</ref><ref>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. Bd. 394, 2007, S. 233–237, doi:10.1016/j.physb.2006.12.017.</ref> und künstlichen Opalen<ref>L. Pallavidino et al.: Synthesis, characterization and modelling of silicon based opals. In: Journal of Non-Crystalline Solids. Bd. 352, 2006, S. 1425–1429; doi:10.1016/j.jnoncrysol.2005.10.047.</ref> verwendet.

In der Zahntechnik findet Tetraethylorthosilikat Verwendung beim Abbindeprozess silikatgebundener Einbettmassen.

Literatur

• 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

<references />