Siliciumverbindungen.

Siliciumverbindungen.

 

Silicium liegt in seinen Verbindungen meist in der Oxidationsstufe + 4 vor, seltener in der Stufe + 2 (in Siliciden, z. B. Ca₂Si, auch in der Oxidationsstufe — 4).

 

Siliciumwasserstoffe, Silane, allgemeine Formel Si_nH_2n+2, entsprechen formal den aliphatischen Kohlenwasserstoffen (Alkanen), ihre Zahl ist aber wesentlich geringer. Sie sind sehr instabile, selbstentzündliche Substanzen, die nur unter Luftabschluss hergestellt werden können. Einzelne Glieder dieser Reihe sind z. B. die gasförmigen Verbindungen Monosilan, SiH₄, und Disilan, Si₂H₆, sowie das flüssige Tetrasilan, Si₄H₁₀. Beständiger als die Siliciumwasserstoffe sind ihre organischen Derivate, die Organosilane, bei denen Wasserstoffatome durch organische Reste ersetzt sind (siliciumorganische Verbindungen). - Durch Austausch von Wasserstoffatomen durch Halogenatome leiten sich von den Siliciumwasserstoffen einige sehr hydrolyseempfindliche Halogenderivate ab, die analog den Alkylhalogeniden aufgebaut sind; zu ihnen zählen z. B. das gasförmige Monochlorsilan, Silylchlorid, SiH₃Cl, und das flüssige Trichlorsilan, Silicochloroform, SiHCl₃. - Den Alkoholen entsprechende Derivate der Siliciumwasserstoffe, bei denen Wasserstoffatome durch Hydroxylgruppen ersetzt sind, werden Silanole genannt. Aus ihnen können sich durch Wasserabspaltung Siloxane mit der allgemeinen Formel H₃Si[—O—SiH₂—]_nO—SiH₃ bilden; diese sind sehr unbeständige Substanzen, die an der Luft zu Siliciumdioxid und Wasser verbrennen. Von den Siloxanen leiten sich durch Substitution der Wasserstoffatome durch organische Reste die thermisch und chemisch sehr beständigen Organosiloxane und Polyorganosiloxane (Silicone) ab.

 

Siliciummonoxid, SiO, ist eine unbeständige Verbindung, die sich beim Erhitzen von Siliciumdioxid mit Silicium auf 1 250 ºC bildet und beim Abschrecken in Form eines dunklen (mehrere Modifikationen bildenden) Feststoffs isoliert werden kann. Siliciummonoxid wird durch Sauerstoff rasch zu Siliciumdioxid oxidiert; technisch wird es u. a. zum Aufdampfen von Quarzschichten in Optik, Elektronik und zur Oberflächenveredlung verwendet. Siliciumdioxid, SiO₂, ist die am häufigsten auftretende Verbindung des Siliciums; sie kommt in der Natur außerordentlich weit verbreitet in zahlreichen Modifikationen vor. In kristallisierter Form liegt Siliciumdioxid v. a. im Quarz (mit seinen Varietäten) vor, ferner im Cristobalit und im Tridymit; daneben findet es sich amorph als Opal und erdig als Kieselgur. Weitere kristalline Modifikationen des Siliciumdioxids sind der Coesit, der Keatit und der Stishovit. Siliciumdioxid ist formal das Anhydrid der Kieselsäuren und wird häufig selbst als Kieselsäure bezeichnet.

 

Mit Halogenen bildet Silicium zahlreiche Verbindungen mit der allgemeinen Zusammensetzung Si_nX_2n+2 (X = Halogen), die meist farblose Gase, Flüssigkeiten oder feste Stoffe sind und sich mit Wasser unter Bildung von Kieselsäure und Halogenwasserstoff zersetzen. Siliciumtetrafluorid, Tetrafluorsilan, SiF₄, ein farbloses, stechend riechendes, sehr giftiges Gas, kann aus den Elementen hergestellt oder u. a. durch Einwirkung von Schwefelsäure auf Flussspat, CaF₂, und Quarz, SiO₂, gewonnen werden; es wird leicht zu Siliciumdioxid und Fluorwasserstoff hydrolysiert und greift deshalb in Gegenwart von Wasser Glas an. Mit Fluorwasserstoff, HF, bildet es die Fluorokieselsäure, H₂SiF₆. Siliciumtetrachlorid, Tetrachlorsilan, SiCl₄, eine farblose, an feuchter Luft infolge Hydrolyse rauchende Flüssigkeit, entsteht aus Silicium oder Siliciumcarbid durch Einwirkung von Chlor bei 400 ºC. Verwendung findet es u. a. zur Herstellung von Reinstsilicium (Spaltung in Gegenwart von Wasserstoff) sowie zur Gewinnung von hochdispersem Siliciumdioxid und von Kieselsäureestern.

 

Siliciumnitrid, Si₃N₄, ist eine zu den Hartstoffen zählende, in zwei Modifikationen auftretende, grauweiße Substanz (Härte nach Mohs 9,0), die durch Erhitzen von Silicium in Stickstoffatmosphäre auf 1 200-1 400 ºC gewonnen wird. Es zeichnet sich u. a. durch hohe thermische und chemische Beständigkeit sowie hohe Temperaturwechselbeständigkeit aus und dient v. a. als Sinterwerkstoff zur Herstellung technischer Formteile, die hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind (u. a. Tiegel, Turbinenteile, Pumpenteile, Kokilleneinsätze).

 

Siliciumcarbid, SiC, eine ebenfalls zu den Hartstoffen zählende Substanz (Härte nach Mohs 9,5-9,75), wird technisch durch Reduktion von Siliciumdioxid (Quarz) mit Kohle (Koks) bei etwa 2 000 ºC gewonnen; in reiner Form bildet es farblose Kristalle, technische Produkte sind meist dunkel gefärbt. Siliciumcarbid wird als Carborundum (Karborund) oder Silit v. a. als Schleifmittel verwendet, außerdem dient es wegen seiner Härte und Temperaturbeständigkeit als Werkstoff im Apparatebau sowie als Heizstabmaterial in der Elektrotechnik.