Elemente, Schulbuch

Abb. 167.1: Silicium: Daten Abb. 167.2: Die Bildung gallertartiger Kieselsäure Abb. 167.4: Die Wirkungsweise eines Exsikkators Abb. 167.3: Die Bildung kettenförmiger Kieselsäuren durch Erwärmung Festpunkt: 1410 °C Kochpunkt: 2630 °C Aufbau: Atomgitter Na 4 SiO 4 + 4 HCl → 4 NaCl + H 4 SiO 4 Abb. 167.5: Die Reaktionen des Cobalt(II)-chlorids als Feuchtigkeitsindikator 167 Silicium 28,1 14 EN 1,7 Si 7.4 DIe 14. GrUPPe Silicium und seine Verbindungen Silicium ist das zweithäufigste Element der festen Erdrinde, da es in allen Silicatge- steinen vorkommt. (Kap. 5.4.1) Elementares Silicium (Kap. 5.6.5) spielt heute in der Halbleitertechnik eine bedeutende Rolle bei der Herstellung von mikroelektroni- schen Bauteilen für Computer und fotovoltaischen Bauteilen zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht. Silicate sind ziemlich reaktionsträge und meist wasserunlöslich. Eine Ausnahme bil- den manche Alkalisilicate, deren wässrige Lösung Wasserglas genannt wird. Dieses entsteht durch Schmelzen von Quarz mit Soda oder Natriumhydroxid. Wenn man genügend Soda verwendet, damit Ortho- oder Disilicate entstehen, ist das Produkt wasserlöslich. 2 Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 4 SiO 4 + 2 CO 2 4 NaOH + SiO 2 → Na 4 SiO 4 + 2 H 2 O Auch mit entsprechenden Kaliumverbindungen ist die Herstellung möglich. Wasserglaslösungen verwendet man zur Herstellung Feuer hemmender Impräg- nierungen. Versetzt man Wasserglas mit Säuren, so entsteht die Orthokieselsäure H 4 SiO 4 , die sich aber sofort in ein Gemisch aus verschieden vernetzten Kieselsäuren umwandelt. Dieses bildet einen gallertigen, wasserunlöslichen Feststoff. Trocknet man das Kieselsäuregemisch und entwässert man es durch vorsichtiges Erhitzen, so entsteht formal SiO 2 , nicht aber mit einem Quarzgitter, sondern als oberflächen- reicher, stark hygroskopischer Stoff. Er wird Silicagel oder Kieselgel genannt und dient als Trocknungsmittel im Labor (zB in einem Exsikkator) oder beim Transport feuchtigkeitsempfindlicher Geräte (zB in einem kleinen Leinensäckchen in der Ver- packung von elektronischen Geräten). Auch in der Chromatografie ist Kieselgel ein wichtiges Medium zum Trennen kleiner Substanzmengen. ■ 167.1: Wasserglas-Reaktionen Versetz Wasserglas-Lösung (eventuell vorher verdünnen) mit Salzsäure! Sofort scheidet sich gallertige Kieselsäure ab (Abb. 167.2). Gib in ein kleines Becherglas verdünnte Wasserglas-Lösung und einige kleine Kris- talle von Eisen(II)-sulfat, Eisen(III)-chlorid, Nickel(II)-sulfat, Mangan(II)-chlorid und Cobalt(II)-chlorid zu! (Nicht umrühren oder sonstwie erschüttern!) Die Kristalle lö- sen sich, bilden aber sofort schwer lösliche Silicate. Dadurch wachsen Schwerme- tallsilicate als schlauchartige Gebilde in der Wasserglas-Lösung („chemischer Gar- ten“). Versetz Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator („Blaugel“) in einer Proberöhre mit Wasser! Sofort ändert sich die Farbe von Blau nach Rosa. Erhitz gebrauchtes Kie- selgel im Trockenschrank auf ca. 150 °C! Es wird wieder blau (Abb. 167.5). SCHülERVERSUCH Der Feuchtigkeitsindikator im Kieselgel ist ein Cobaltsalz. Es ist ohne Kristallwasser blau und mit Kristallwasser rosa. Solange das Kieselgel blau ist, ist seine Wasserauf- nahmekapazität noch nicht erschöpft und es ist als Trockenmittel brauchbar. H 2 O Trocknungs- mittel Zu trocknende Substanz H 2 O O Si O O O H H H H O Si O O O H H H H O Si O O O H H H O Si O O H H H O H H O Si O O O H H H O Si O O H H O Si O O H H H O H H O Si O O O H H H H CoCl 2 CoCl 2 . 6 H 2 O H 2 O H 2 O Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv