Tetraetoksysilan

Tetraetoksysilan
Nazewnictwo
Nomenklatura systematyczna (IUPAC)
krzemian tetraetylu
Inne nazwy i oznaczenia
tetraetoksykrzem, tetraetylokrzemian, tetraetyloortokrzemian, TEOS
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

C8H20O4Si

Inne wzory

Si(OC
2H
5)
4, Si(OEt)
4

Masa molowa

208,33 g/mol

Wygląd

bezbarwna ciecz o zapachu alkoholu[1]

Identyfikacja
Numer CAS

78-10-4

PubChem

6517

SMILES
CCO[Si](OCC)(OCC)OCC
InChI
InChI=1S/C8H20O4Si/c1-5-9-13(10-6-2,11-7-3)12-8-4/h5-8H2,1-4H3
InChIKey
BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N
Właściwości
Gęstość
0,93 g/cm³[3]; ciecz
Rozpuszczalność w wodzie
1,49 g/l (23 °C, 7 hPa)[2]
w innych rozpuszczalnikach
etanol, izopropanol
Temperatura topnienia

-85,5 °C °C[1]

Temperatura wrzenia

169 °C[1][3]

logP

3,2[2]

Budowa
Moment dipolowy

1,63 D[3]

Niebezpieczeństwa
Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2022-01-10]
Globalnie zharmonizowany system
klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
Na podstawie podanej karty charakterystyki
Płomień Wykrzyknik
Uwaga
Zwroty H

H226, H319, H332, H335

Zwroty P

P210, P233, P240, P241, P304+P340+P312, P305+P351+P338

Temperatura zapłonu

37 °C[1]

Temperatura samozapłonu

222 °C[2]

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons

Tetraetoksysilan (TEOS; krzemian tetraetylu), Si(OC
2H
5)
4 – organiczny związek chemiczny z grupy alkoksysilanów, ortoester kwasu krzemowego i etanolu[4].

Właściwości fizyczne

TEOS jest bezbarwną cieczą o alkoholowym zapachu[1]. Nie jest rozpuszczalny w wodzie[5], jest higroskopijny.

Otrzymywanie

TEOS jest otrzymywany standardowo w reakcji tetrachlorosilanu z etanolem[6]:

SiCl
4 + 4C
2H
5OH → Si(OC
2H
5)
4 + 4HCl

Zastosowanie

TEOS jest jednym z najczęściej stosowanych prekursorów w reakcji zol-żel[5][7]. W reakcji z wodą ulega on stopniowej hydrolizie, przez silanole do kwasu ortokrzemowego, Si(OH)
4[5]:

Si(OC
2H
5)
4 + H
2O ⇄ Si(OC
2H
5)
3OH + C
2H
5OH
Si(OC
2H
5)
3OH + H
2O ⇄ Si(OC
2H
5)
2(OH)
2 + C
2H
5OH
Si(OC
2H
5)
2(OH)
2 + H
2O ⇄ Si(OC
2H
5)(OH)
3 + C
2H
5OH
Si(OC
2H
5)(OH)
3 + H
2O ⇄ Si(OH)
4 + C
2H
5OH

Reakcja ta katalizowana jest m.in. kwasami i zasadami[8]. TEOS jest nierozpuszczalny w wodzie, a podczas hydrolizy powstaje zol, w wyniku czego mieszanina reakcyjna jest mętna[5].

Powstające silanole ulegają kondensacji do siloksanów, ≡Si−O−Si≡ (gdzie Si≡ oznacza atom krzemu z 3 dowolnymi podstawnikami, a nie wiązanie potrójne). Reakcja ta może przebiegać z uwolnieniem cząsteczki etanolu lub wody[5][9]:

≡Si−OEt + HO−Si≡ ⇄ ≡Si−O−Si≡ + EtOH
≡Si−OH + HO−Si≡ ⇄ ≡Si−O−Si≡ + H
2O

Podczas kondensacji zol ulega przekształceniu w żel[5].

Proces prowadzi się często w roztworze alkoholowo-wodnym[9][10], przy czym alkohol nie służy jedynie jako rozpuszczalnik dla TEOS, ale bierze też udział w reakcjach – są one bowiem odwracalne, a alkohol powoduje przesunięcie równowagi w kierunku substratów[9]. W niektórych podejściach nie stosuje się jednak alkoholu[11][12].

Końcowym produktem procesu jest krzemionka. W zależności od warunków uzyskuje się cząstki o różnej wielkości i kształcie[13], będące gigantycznymi makromolekułami[14]. Produkty o regularnym, kulistym kształcie i jednolitej wielkości powstają podczas tzw. procesie Stöbera, opisanego po raz pierwszy w 1968 r. przez Wernera Stöbera, Arthura Finka i Ernsta Bohna. Średnica uzyskiwanych cząstek wynosi od 5 nm do 2 μm[11][12][15][16][17].

Powstawanie krzemionki z TEOS-u

Produkty

TEOS jest stosowany do otrzymywania:

Przypisy

  1. ↑ a b c d e Tetraethyl orthosilicate, [w:] PubChem, United States National Library of Medicine, CID: 6517 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  2. ↑ a b c Tetraetoksysilan, karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, Merck, numer katalogowy: 333859 [dostęp 2022-01-10] . (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  3. ↑ a b c Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 113.
  4. ↑ M.M. Stammler M.M., R.R. Bruenner R.R., D.D. Orcutt D.D., Diffraction Maxima Positions in Two Types of Liquid Organosilicon Compounds, „Advances in X-ray Analysis”, 8, 1964, s. 162–174, DOI: 10.1154/S0376030800003074 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  5. ↑ a b c d e f JustynaJ. Krzak JustynaJ. i inni, Sol–gel surface functionalization regardless of form and type of substrate, [w:] Chaudhery MustansarCh.M. Hussain (red.), Handbook of nanomaterials for manufacturing applications, Elsevier, 2020, s. 111–147, DOI: 10.1016/b978-0-12-821381-0.00005-3, ISBN 978-0-12-821381-0 [dostęp 2022-01-07]  (ang.), patrz s. 114.
  6. ↑ Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 112.
  7. ↑ HudaH. Abdullah HudaH. i inni, (SiO2)100-x-Nix (x = 2.5, 10.0) Composite-based photoanode with polymer gel electrolyte for increased dye-sensitized solar cell performance, „Ionics”, 25 (7), 2019, s. 3387–3396, DOI: 10.1007/s11581-019-02886-w [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  8. ↑ Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 116–139.
  9. ↑ a b c Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 108.
  10. ↑ Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 139.
  11. ↑ a b QianQ. Guo QianQ. i inni, Synthesis and characterization of spherical silica nanoparticles by modified Stöber process assisted by slow-hydrolysis catalyst, „Colloid and Polymer Science”, 296 (2), 2018, s. 379–384, DOI: 10.1007/s00396-017-4260-0 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  12. ↑ a b GaoyuanG. Ren GaoyuanG., HongjiuH. Su HongjiuH., ShudongS. Wang ShudongS., The combined method to synthesis silica nanoparticle by Stöber process, „Journal of Sol-Gel Science and Technology”, 96 (1), 2020, s. 108–120, DOI: 10.1007/s10971-020-05322-y [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  13. ↑ Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 193–201.
  14. ↑ MarekM. Jasiorski MarekM., KrzysztofK. Maruszewski KrzysztofK., WiesławW. Stręk WiesławW., Optical behaviour of sol-gel derived photonic structures formed by submicron silica spheres, „Materials Science”, 20 (1), 2002, s. 51–56 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  15. ↑ Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 199–201.
  16. ↑ Brinker i Scherer 1990 ↓, s. 107.
  17. ↑ WernerW. Stöber WernerW., ArthurA. Fink ArthurA., ErnstE. Bohn ErnstE., Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range, „Journal of Colloid and Interface Science”, 26 (1), 1968, s. 62–69, DOI: 10.1016/0021-9797(68)90272-5 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  18. ↑ Mary W.M.W. Colby Mary W.M.W., A.A. Osaka A.A., J.D.J.D. Mackenzie J.D.J.D., Effects of temperature on formation of silica gel, „Journal of Non-Crystalline Solids”, 82 (1-3), 1986, s. 37–41, DOI: 10.1016/0022-3093(86)90108-0 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  19. ↑ MercedesM. Perullini MercedesM. i inni, Effect of synthesis conditions on the microstructure of TEOS derived silica hydrogels synthesized by the alcohol-free sol–gel route, „Journal of Sol-Gel Science and Technology”, 59 (1), 2011, s. 174–180, DOI: 10.1007/s10971-011-2478-8 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  20. ↑ LiborL. Matějka LiborL., JosefJ. Pleštil JosefJ., KarelK. Dušek KarelK., Structure evolution in epoxy–silica hybrids: sol–gel process, „Journal of Non-Crystalline Solids”, 226 (1-2), 1998, s. 114–121, DOI: 10.1016/S0022-3093(98)00356-1 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  21. ↑ A. VenkateswaraA.V. Rao A. VenkateswaraA.V., Sharad D.S.D. Bhagat Sharad D.S.D., Synthesis and physical properties of TEOS-based silica aerogels prepared by two step (acid–base) sol–gel process, „Solid State Sciences”, 6 (9), 2004, s. 945–952, DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2004.04.010 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  22. ↑ A. VenkateswaraA.V. Rao A. VenkateswaraA.V. i inni, Influence of temperature on the physical properties of TEOS silica xerogels, „Ceramics International”, 25 (6), 1999, s. 505–509, DOI: 10.1016/S0272-8842(97)00085-0 [dostęp 2022-01-10]  (ang.).
  23. ↑ Robert L.R.L. Bedard Robert L.R.L., Synthesis of Zeolites and Manufacture of Zeolitic Catalysts and Adsorbents, [w:] SantiS. Kulprathipanja (red.), Zeolites in industrial separation and catalysis, Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010, s. 61–83, DOI: 10.1002/9783527629565.ch3, ISBN 978-3-527-62956-5, OCLC 587391498  (ang.).

Bibliografia

  • Hydrolysis and Condensation II: Silicates, [w:] C. JeffreyC.J. Brinker C. JeffreyC.J., George W.G.W. Scherer George W.G.W., Sol-gel science. The physics and chemistry of sol-gel processing, Boston: Academic Press, 1990, s. 96–233, DOI: 10.1016/b978-0-08-057103-4.50008-8, ISBN 978-0-08-057103-4, OCLC 643802700  (ang.).