Siliciumtetrahalogenide

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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.[1] Es existieren von allen stabilen Halogeniden die reinen Tetrahalogensilane,[1] daneben sind auch gemischte Tetrahalogensilane bekannt.[2]

Die Synthese der Tetrahalogensilane kann aus den Elementen oder durch Umsetzung von Siliciumdioxid oder Silicium mit einem Überschuss Halogenwasserstoff erfolgen:[3][1][4]

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.[1] Im Gegensatz zu ihren Kohlenstoffanaloga, den Halogenkohlenwasserstoffen vom Typ CX4, wie beispielsweise Tetrachlormethan, sind Tetrahalogensilane hochreaktive Verbindungen. Ihre Beständigkeit nimmt mit zunehmendem Molekulargewicht ab.[1]

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 7783-61-1 10026-04-7 7789-66-4 13465-84-4
EG-Nummer 232-015-5 233-054-0 232-182-4 236-706-2
ECHA-Infocard 100.029.104 100.030.037 100.029.257 100.033.355
Aggregat gasförmig[1] flüssig[1] flüssig[1] fest[1]
Farbe farblos[1]
Schmelzpunkt −95,2 °C[5][Anm 1] −70 °C[6] 5 °C[7] 120,5 °C[8]
Siedepunkt 57 °C[6] 154 °C[7] 287,4 °C[8]
Dichte 4,372 kg·m−3 (15 °C)[5] 1,48 g·cm−3[6] 2,800 g·cm−3[7] 4,198 g·cm−3 (25 °C)[8]
Brechungsindex 1,41156 (25 °C)[9] 1,5685 (31 °C)[9]
(kJ/mol) −1615[1] −663[1] −415[1] −110[1]
Si-X-Bindungslänge 155 pm[1] 209 pm[1] 218 pm[1] 243 pm[1]

Anmerkungen:

  1. Sublimation

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).[1]

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.[1] Durch Umsetzung mit Alkoholen (Alkoholyse) entstehende die entsprechenden Alkoholate.[1]

Durch Umsetzung mit Alkoholen (Alkoholyse) entstehen die entsprechenden Alkoholate, wie Tetraethoxysilan.[1]

Gemischte Tetraholgensilane

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Unter den gemischten Tetrahalogensilane sind wie z. B. bekannt:[2]

Einzelnachweise

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  1. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 944–947.
  2. a b O. Yu. Troshin, A. D. Bulanov, O. Yu. Chernova: Liquid–Vapor Equilibria in the SiCl4–A (A = SiCl4 − nFn (n = 1–4) Impurity) Systems. In: Inorganic Materials. Band 54, Nr. 8, 2018, S. 840–843, doi:10.1134/S0020168518080162.
  3. Jöns Jacob Berzelius: Chlorkiesel. In: Lehrbuch der Chemie. 5. Auflage. Band 1. Arnold-Verlag, Dresden 1856, S. 325–326 (digitale-sammlungen.de).
  4. W. B. Schumb, R. C. Young: Silicobromoform. In: Harold Simmons Booth (Hrsg.): Inorganic Syntheses. Band 1, 1939, S. 38–42, doi:10.1002/9780470132326.ch14.
  5. a b Eintrag zu Siliciumtetrafluorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021. (JavaScript erforderlich)
  6. a b c Eintrag zu Siliciumtetrachlorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
  7. a b c Datenblatt Silicium(IV) bromide bei Alfa Aesar, abgerufen am 2. August 2013 (Seite nicht mehr abrufbar).
  8. a b c Datenblatt Silicon tetraiodide, ≥99.9% trace metals basis bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 5. Januar 2014 (PDF).
  9. a b 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.