Tetraetoksysilan

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

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[2]; ciecz Rozpuszczalność w wodzie 1,49 g/l (23 °C, 7 hPa)[3] w innych rozpuszczalnikach etanol, izopropanol Temperatura topnienia -85,5 °C °C[1] Temperatura wrzenia 169 °C[1][2] logP 3,2[3]
Budowa Moment dipolowy 1,63 D[2]
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2022-01-10] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanej karty charakterystyki 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[3]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

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(inne języki) 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(inne języki), 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:

• silikażelu^[18]
• hydrożeli krzemionkowych^[19]
• hybrydowych materiałów epoksydowo-krzemionkowych^[20]
• aerożeli krzemionkowych^[21]
• kserożeli krzemionkowych^[22]
• zeolitów^[23].