Tetraetoksysilan

Tetraetoksysilan
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

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

[edytuj | edytuj kod]

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

Otrzymywanie

[edytuj | edytuj kod]

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

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

Zastosowanie

[edytuj | edytuj kod]

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

[edytuj | edytuj kod]

TEOS jest stosowany do otrzymywania:

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ a b c d e Tetraethyl orthosilicate, [w:] PubChem [online], United States National Library of Medicine, CID: 6517 [dostęp 2022-01-10] (ang.).
  2. ↑ a b c Tetraetoksysilan [online], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, 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. Stammler, R. Bruenner, D. Orcutt, 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 Justyna Krzak i inni, Sol–gel surface functionalization regardless of form and type of substrate, [w:] Chaudhery Mustansar 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. ↑ Huda Abdullah 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 Qian Guo 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 Gaoyuan Ren, Hongjiu Su, Shudong Wang, 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. ↑ Marek Jasiorski, Krzysztof Maruszewski, Wiesław Stręk, 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. ↑ Werner Stöber, Arthur Fink, Ernst Bohn, 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. Colby, A. Osaka, J.D. Mackenzie, 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. ↑ Mercedes Perullini 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. ↑ Libor Matějka, Josef Pleštil, Karel Dušek, 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. Venkateswara Rao, Sharad D. Bhagat, 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. Venkateswara Rao 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. Bedard, Synthesis of Zeolites and Manufacture of Zeolitic Catalysts and Adsorbents, [w:] Santi 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

[edytuj | edytuj kod]