Hauptgruppenelemente

Silicone: Aufbau und Synthese

Silicone sind Polymere mit einer Si–O–Si-Kette und direkt am Silicium gebundenen organischen Resten. Sie entstehen aus Organochlorsilanen durch Hydrolyse und Polykondensation.

Prüfungsrelevanz: relevant ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Ein Silicon (Polyorganosiloxan) ist ein Polymer mit Si–O–Si-Hauptkette und organischen Resten, die über Si–C-Bindungen direkt am Silicium sitzen, z. B. \(\ce{-[Si(CH3)2-O]_{n}-}\).
  • Kieselsäureester tragen Methoxygruppen über Si–O–C, Polycarbosilane haben eine Si–\(\ce{CH2}\)–Si-Kette, Polysilane Si–Si-Bindungen; alle drei sind keine Silicone.
  • Organochlorsilane entstehen aus Grignard-Verbindungen und \(\ce{SiCl4}\); ihre Hydrolyse mit Wasser liefert Silanole, die unter Wasserabspaltung polykondensieren.
  • \(\ce{(CH3)3SiCl}\) bildet Kettenenden, \(\ce{(CH3)2SiCl2}\) lineare Glieder, \(\ce{CH3SiCl3}\) Vernetzungsstellen.
  • Tetramethylsilan ist ungeeignet, weil es keine hydrolysierbare Si–Cl-Bindung besitzt.

Dieses Kapitel ist für Supporter

Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️

Zugang freischalten

Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse

Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.

Zum Konto

Frei für alle: BiologiePrüfungstippsChemie: Allgemeine ChemiePhysik: Allgemeine GrundlagenAnalytik: Grundlagen der Analytik

Worum es geht

Silicone verbinden ein anorganisches Gerüst aus Silicium und Sauerstoff mit organischen Seitengruppen. In der Pharmazie begegnen sie dir als Dimeticon gegen Blähungen, als Siliconöl und als Material für Schläuche und Kautschuk. Wer ihren Bau kennt, erkennt sie sicher an Strukturformeln und versteht, wie die Wahl der Ausgangsstoffe Kettenlänge und Vernetzung steuert.

Aufbau

Ein Silicon ist ein Polymer. Seine Hauptkette besteht aus abwechselnden Silicium- und Sauerstoffatomen, den Siloxanbindungen Si–O–Si. Die beiden übrigen Valenzen jedes Siliciums tragen organische Reste, meist Methylgruppen.

📖 Definition: Silicon (Polyorganosiloxan)

Polymer mit einer Hauptkette aus Si–O–Si-Brücken, bei dem organische Reste über Si–C-Bindungen direkt am Silicium sitzen. Das wichtigste Beispiel ist Polydimethylsiloxan \(\ce{-[Si(CH3)2-O]_{n}-}\).

Das Gerüst ähnelt den Silicatketten. Statt negativ geladener O-Atome hängen aber unpolare Methylgruppen an der Kette. Sie schirmen das polare Rückgrat ab und machen Silicone wasserabweisend.

Zwei Merkmale musst du also prüfen: die Kette und die Bindung der Seitengruppe. Ähnlich aussehende Si-Polymere fallen schon an einem der beiden Punkte durch.

Polymer Hauptkette Seitengruppe am Si Silicon?
Polydimethylsiloxan Si–O–Si \(\ce{CH3}\) über Si–C ja
Kieselsäureester (Polymethoxysiloxan) Si–O–Si \(\ce{OCH3}\) über Si–O–C nein
Polycarbosilan Si–\(\ce{CH2}\)–Si \(\ce{CH3}\) nein
Polysilan Si–Si \(\ce{CH3}\) nein

Beim Kieselsäureester stimmt die Kette, doch der organische Rest hängt über Sauerstoff am Silicium. Beim Polycarbosilan verbinden Methylenbrücken die Si-Atome, beim Polysilan direkte Si–Si-Bindungen. Silicone sind auch keine monomeren Siliciumanaloga der Ketone. Eine Si=O-Doppelbindung ist instabil, wie die Doppelbindungsregel erklärt. Deshalb verknüpfen sich solche Einheiten sofort zu Si–O–Si-Ketten.

Vier Strukturformeln siliciumhaltiger Polymerketten; markiert sind die Siloxankette und die Si–C- bzw. Si–O–C-Bindungen der Seitengruppen.

Nur das linke Polymer ist ein Silicon: Si–O–Si-Kette und Methylgruppen direkt am Silicium.
🎯 Examensrelevant: Silicon an Strukturformeln erkennen

Das Erkennen eines Silicons unter mehreren Si-haltigen Polymerausschnitten wird im Examen gerne gefragt. Nur eine Si–O–Si-Kette mit Methylgruppen direkt am Silicium ist ein Silicon. Methoxygruppen, \(\ce{CH2}\)-Brücken oder Si–Si-Ketten schließen es aus.

Synthese

Ausgangsstoffe sind Organochlorsilane, also Silane mit Methylgruppen und Chloratomen am Silicium. Ihre Si–Cl-Bindungen werden von Wasser leicht gespalten. Die entstehenden Silanole kondensieren dann zur Siloxankette.

  1. Organochlorsilan bilden: Eine Grignard-Verbindung überträgt Methylgruppen auf Siliciumtetrachlorid: \(\ce{SiCl4 + 2 CH3MgCl -> (CH3)2SiCl2 + 2 MgCl2}\). Technisch nutzt man auch die Direktsynthese aus Silicium und Chlormethan.
  2. Hydrolysieren: Wasser ist echtes Reagenz. Es ersetzt jedes Cl durch OH: \(\ce{(CH3)2SiCl2 + 2 H2O -> (CH3)2Si(OH)2 + 2 HCl}\).
  3. Polykondensieren: Zwei Silanolgruppen verbinden sich unter Wasserabspaltung: \(\ce{n (CH3)2Si(OH)2 -> -[Si(CH3)2-O]_{n}- + n H2O}\).

Zwei Dimethylsilandiol-Moleküle reagieren unter Abspaltung von Wasser zu einem Disiloxan.

Zwei Silanolgruppen verbinden sich unter Wasserabspaltung zur Siloxanbrücke.

Wie viele Verknüpfungen ein Baustein eingehen kann, hängt von der Zahl seiner Chloratome ab. Jedes Cl wird zu einer OH-Gruppe und damit zu einer möglichen Siloxanbrücke.

Ausgangsstoff Silanol Rolle im Silicon
Chlortrimethylsilan \(\ce{(CH3)3SiCl}\) Silanol Kettenende
Dichlordimethylsilan \(\ce{(CH3)2SiCl2}\) Silandiol lineares Kettenglied
Trichlormethylsilan \(\ce{CH3SiCl3}\) Silantriol Verzweigung, Vernetzung
Tetramethylsilan \(\ce{Si(CH3)4}\) keines ungeeignet

Reaktionsschema von drei Methylchlorsilanen über Silanole zu einem Siliconausschnitt mit Endgruppe, linearen Einheiten und Verzweigung.

Eine OH-Gruppe beendet, zwei verlängern, drei verzweigen die Siloxankette.

Die drei Methylchlorsilane sind also geeignet, Tetramethylsilan dagegen nicht. Ihm fehlt jede hydrolysierbare Si–Cl-Bindung. Über das Mischungsverhältnis stellt man das Produkt ein. Viel Trichlormethylsilan ergibt harte Harze, viel Dichlordimethylsilan lange Ketten für Öle.

💡 Merke

Zahl der Cl-Atome = Zahl der Verknüpfungen: eins beendet, zwei verlängern, drei vernetzen, null bleibt unbeteiligt. Mehr Chlortrimethylsilan macht die Ketten daher kürzer statt stärker vernetzt.

Quiz

Teste dich mit 4 Karten
richtig oder falsch iWarum nur Aussagen? Fragen mit fünf Antworten löst man am sichersten, indem man jede Aussage einzeln bewertet: ✓✓ sicher richtig, ✓ eher richtig, 0 unsicher, ✗ eher falsch, ✗✗ sicher falsch. Mit dem Ausschlussprinzip ergibt sich daraus die Lösung. Dieses einzelne Bewerten ist der wichtigste Handgriff fürs Examen, und genau den übst du hier.

Aussage 1

Dichlordimethylsilan liefert bei der Siliconsynthese die Kettenenden.

Das Silandiol aus Dichlordimethylsilan bildet lineare Kettenglieder. Kettenenden entstehen aus Chlortrimethylsilan.

Aussage 2

Ein Polymer mit einer Kette aus Si–\(\ce{CH2}\)–Si-Einheiten und Methylgruppen am Silicium ist ein Silicon.

Das ist ein Polycarbosilan. Ein Silicon braucht eine Si–O–Si-Hauptkette.

Aussage 3

In Siliconen sind die Methylgruppen über Si–C-Bindungen direkt an das Silicium gebunden.

Genau das unterscheidet Silicone von Kieselsäureestern, deren Methoxygruppen über Sauerstoff am Silicium hängen.

Aussage 4

Tetramethylsilan lässt sich nicht zu einem Silicon umsetzen, weil es keine Si–Cl-Bindung zur Hydrolyse besitzt.

Ohne Si–Cl-Bindung entsteht kein Silanol und damit keine Siloxanbrücke.

Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️

Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.

Zurück nach oben