Hydrolyse von Tetrachlorsilan

1. Experiment ist im WACKER-Schulversuchskoffer enthalten	nein
2. Versuchsvorschrift wurde modifiziert	/
3. Eigene Versuchsvorschrift wurde entwickelt	ja
4. Video-Clip verfügbar	nein
5. Flash-Animation verfügbar	nein
6. Weitere Materialien: Arbeitsblatt 6

1 Materialien, Chemikalien, Zeitbedarf

2 Reagenzgläser
Reagenzglasständer
Glasstab

Tetrachlorsilan (Produkt aus dem Versuch "Darstellung von Tetrachlorsilan")
Universalindikatorpapier

Der Versuch dauert ca. 3 Minuten.

2 Versuchsdurchführung und -beobachtung

In ein Reagenzglas werden ca. 2 ml Wasser gegeben. Dazu werden im Abzug vorsichtig ca. 0,5 ml Tetrachlorsilan hinzu gefügt. Es tritt sofort eine heftige Reaktion ein. Das Tetrachlorsilan sinkt dabei als Tropfen zu Boden, während sich an der Grenzschicht eine weißliche Haut und ein Gas bildet.

War das Tetrachlorsilan durch Verunreinigungen gefärbt, so entfärbt es sich sehr schnell. Die Tropfengrenze nimmt schnell unter Gas- und Hautbildung ab, wobei das Gas aufsteigt und sich Teile der Haut in Schleiern ablösen. Am Ende der Reaktion befindet sich im Reagenzglas eine weißliche, gelartige Substanz und etwa 2 ml Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird auf ihren pH-Wert hin geprüft. Das Indikatorpapier zeigt stark saures Verhalten (pH = 1) an. Das getrocknete Produkt ist ein weißes Pulver, welches sich auch durch Glühen nicht erkennbar verändert.

Das Foto zeigt ein Reagenzglas mit Inhalt direkt nach erfolgter Hydrolyse und eines nach dem Verdampfen der Flüssigkeit.

3 Versuchsauswertung

Tetrachlorsilan hydrolysiert in Wasser zu Chlorwasserstoff und Orthokieselsäure.

Chlorwasserstoff bildet mit Wasser Salzsäure (saure Reaktion der Flüssigkeit), teilweise entweicht er aber auch als Gas aus dem Reagenzglas.
Die entstehende Orthokieselsäure Si(OH)₄ oder H₄SiO₄ kondensiert sofort zu Polykieselsäure und ist so als Schleier oder Haut zu erkennen. Die Verunreinigungen im Tetrachlorsilan (AlCl₃, FeCl₃) reagieren noch schneller mit Wasser als Tetrachlorsilan selbst, was durch die völlige Entfärbung des Silantropfens belegt wird.
Durch Eindampfen und weiteres Erhitzen wird die Polykieselsäure schrittweise dehydratisiert. Das trockene, geglühte Pulver hat schließlich die Zusammensetzung von Quarz SiO₂, wenngleich es weit davon entfernt ist, die schöne Einkristall-Struktur von Quarz aufzuweisen.

4 Tipps und Anmerkungen

Der Versuch ist für den Chemieunterricht nur in Ausnahmen zu empfehlen, etwa dann, wenn als Schwerpunkt die Chemie des Siliciums gewählt wird.
Der Versuch kann in Kombination mit dem Versuch "Darstellung von Tetrachlorsilan" von Schülern oder Schülerinnen, die ihr Experimentiergeschick bereits unter Beweis gestellt haben, unter Aufsicht im Rahmen von Facharbeiten oder Arbeitsgemeinschaften durchgeführt werden, weil er einen tiefen Einblick in die Chemie des Siliciums und seiner Verbindungen gibt.

5 Ergänzende Sachinformationen

Durch die in diesem Versuch gezeigte Hydrolyse von SiCl₄ wird die Sonderstellung des Elements Silicium zwischen den Metallen und den Nichtmetallen deutlich. Metallchloride sind in der Regel Salze, Nichtmetallchloride Gase oder Flüssigkeiten. SiCl₄ ist zwar flüssig wie das analoge Nichtmetallchlorid CCl₄, hydrolysiert aber im Gegensatz dazu sehr leicht und zeigt daher Ähnlichkeit mit einigen Metallchloriden wie AlCl₃ oder FeCl₃.
Weitere Eigenschaften von Silicium und Siliciumverbindungen, die Silicium als Halbmetall herausstellen, sind in der unten angegebenen Literatur für den Chemieunterricht dargestellt.

6 Literatur

M. Tausch, M. von Wachtendonk (Hrsg.), CHEMIE S II, STOFF-FORMEL-UMWELT, C.C. Buchner, Bamberg (1993), (1998), S. 357 - 367