Silicone

Silicone Übung

• Benenne die Eigenschaften von Siliconen.

  Tipps

  Überlege, wo du Gegenstände aus Silicon im Haushalt findest.

  Überlege, was die Aneinanderkettung von vielen Molekülen bewirkt.

  Lösung

  Silicone sind Verbindungen mit vielseitig anwendbaren Eigenschaften. Eine wichtige Eigenschaft ist die Wasserbeständigkeit. Silicone reagieren nicht mit Wasser, weshalb sie in Textilien eingesetzt werden. Flüssigkeiten hinterlassen keine Flecken auf der Kleidung, sondern perlen ab. Weiterhin können Ozon und UV-Strahlung dem Silicon nichts anhaben. Man kann sie also in der prallen Sonne stehen lassen, ohne dass etwas passiert. Außerdem hat Silicon keinen Eigengeruch, weshalb es in der Kosmetik mit anderen Gerüchen versetzt werden kann. Da Silicon in Backformen und Eiswürfelformen in direktem Kontakt mit Lebensmitteln steht, kann es natürlich nicht toxisch sein.

• Erkläre, worum es sich bei einer Polykondensationsreaktion handelt.

  Tipps

  Überlege, welche funktionellen Gruppen Diole haben und wie sie miteinander reagieren.

  Welche Bindung entsteht zwischen den beiden Diolen?

  Lösung

  Allgemein handelt es sich bei einer Kondensation um eine chemische Reaktion, bei der zwei größere Moleküle sich zu einem vereinigen und dabei spaltet sich ein kleineres Molekül ab. Im Fall der Siliconherstellung sind die größeren Moleküle die Silandiole bzw. Silantriole. Wasser wird bei der Reaktion als kleineres Molekül abgespalten. Weil die Verknüpfung der Diole bzw. Triole sehr oft erfolgt, spricht man von einer Polykondensation.

• Beschreibe die Herstellung von Siliconen.

  Tipps

  Überlege, was die Ausgangstoffe zur Herstellung von Silicon sind.

  Am Ende muss eine Polykondensation stattfinden.

  Überlege, mit welchem Stoff Diole und Triole gebildet werden können.

  Lösung

  Der Weg vom Silicum zum Silicon besteht aus vielen Teilschritten.

  1. Zunächst reagiert das Silicium mit Chlormethan $(CH_3Cl)$. Bei dieser Reaktion entsteht zum einem Dichlormethylsilan $((CH_3)_2SiCl_2)$ und in einer parallelen Reaktion entsteht zum anderen zusätzlich Trichlormethylsilan $(CH_3SiCl_3)$.
  2. Die Stoffe reagieren nun mit Wasser, es findet eine Hydrolyse statt. Bei dieser Reaktion entstehen Silandiol $((CH_3)_2Si(OH)_2)$ und Silantriol $(CH_3Si(OH)_3)$. Um die Stoffe voneinander zu trennen im Gemisch, setzt man eine fraktionierte Destillation ein. Die Diole und Triole werden dadurch getrennt und gereinigt.
  3. Nun erfolgt die Polykondensation. Dazu reagiert ein Molekül des Diols mit einem anderen Molekül des Diols. Dabei wird Wasser abgespalten. Dieser Vorgang erfolgt mehrere hundert Male, deshalb spricht man von Polykondensation.

• Untersuche die Notwendigkeit der fraktionierten Destillation von Silandiolen und Silantriolen als Teilschritt der Siliconherstellung.

  Tipps

  Welche Hauptaufgaben haben alle Trennverfahren?

  Lösung

  Die Destillation ist ein Trennverfahren. Sie wird genutzt, um Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedetemperaturen voneinander zu trennen.

  Die Notwendigkeit der fraktionierten Destillation als Schritt in der Siliconsynthese, besteht also zu einem darin, die Silandiole und Silantriole voneinander zu trennen, damit ausschließlich Reaktionsprodukte mit gewünschtem Vernetzungsgrad entstehen und keine wilden Gemische. Weiterhin ist die Destillation notwendig, um die Ausgangsstoffe zu reinigen, damit Verunreinigungen nicht die Ausbeute schmälern oder unerwünschte Nebenreaktionen verursachen.

• Bestimme den Stoff, aus dem Silicium gewonnen werden kann.

  Tipps

  Unsere Erde besteht zu 15 Massenprozent aus Silicium.

  Silicium kommt in dem Stoff als Siliciumdioxid vor.

  Lösung

  Silicium stellt eine der Grundlagen für die Herstellung von Silicon dar. Dieses chemische Element erhält man aus Sand, welcher hauptsächlich immer aus einem großen Anteil Quarz besteht. Quarz ist nur ein anderer Name für den chemischen Stoff Siliciumdioxid ($SiO_2$). Industriell wird Silicium durch die Reduktion von Quarzsand mit Koks im Lichtbogenverfahren dargestellt.

• Benenne Edukte und Produkte bei der Herstellung von Siliconkautschuk.

  Tipps

  Achte auf die funktionellen Gruppen.

  Überlege, welche Stoffklasse die funktionelle Gruppe $R-COOH$ besitzt.

  Lösung

  Siliconkautschuk erhält man durch Vulkanisation linearer Silicone. Dies bedeutet, die Silicone werden mit geeigneten Reaktionspartnern vernetzt. In diesem Beispiel wird ein Silicon mit Kieselsäureester vernetzt. Ester weisen die funktionelle Gruppe $R-COO$ auf. Bei der Reaktion spaltet sich eine Säure ab, die Ethansäure, und als Hauptprodukt entsteht ein Siliconkautschuk. Es gibt aber auch noch andere Stoffe, mit denen Silicone zu Siliconkautschuk vernetzt werden können.