Silizium ist nach Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element auf der Erde. Es kommt nicht frei in der Natur vor, sondern als Oxid (Kieselsäure) oder Silikat (Feldspat, Kaolinit usw.) in Sand, Gestein und Ton. Eine Methode zur Herstellung ist das Erhitzen von Quarz (SiO2) mit Kohle; Während dieses Prozesses wird Kohlenmonoxid freigesetzt und es bleibt Rohsilizium (98 % rein). Diese Sorte ist rein genug, um in Legierungen – beispielsweise aus Aluminium und Eisen – eingearbeitet zu werden, um sie härter oder weniger spröde zu machen. Reines Silizium wird durch Erhitzen von Rohsilizium in Chlor hergestellt. Dabei entsteht die flüchtige Verbindung SiCl4 entsteht und durch Destillation abgetrennt wird. Wird diese Flüssigkeit zusammen mit Wasserstoff erhitzt, wird reines Silizium freigesetzt. Dieser wird zu einem Stab geformt, und die letzten Verunreinigungen werden aus dem Stab „herausgeschwommen“, indem kleine Teile davon in einer Atmosphäre aus Inertgas, wie z. die sich im flüssigen Silizium lösen.
Siloxane sind Verbindungen, die neben Wasserstoff, Silizium und meist Kohlenstoff (obwohl es auch einige anorganische Siloxane gibt) Sauerstoff enthalten. Ausgehend von kleinen Molekülen können sie zu großen Einheiten (Polymeren) aufgebaut werden, denen verschiedene Eigenschaften (Flüssigkeit, Elastizität, Stabilität usw.) verliehen werden können. Siloxane liegen in Form von Harzen, Elastomeren (gummiartigen Verbindungen) oder Ölen vor.
Verwendet
Es wird als Legierungsmittel für Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze und Eisen verwendet. Es wird auch häufig in der Halbleiterherstellung und bei der Herstellung von Silanen und Organosiliciumverbindungen verwendet.
Organosiliciumverbindungen werden in Form von Harzen, Elastomeren (gummiartigen Verbindungen) oder Ölen verwendet. Resins sind siliciumorganische Verbindungen, die in Mischung mit einer Reihe anderer in der Lackindustrie verwendeter Substanzen (Härter, Beschleuniger usw.) sehr stabile Schichten bilden und auch auf Untergründen, auf denen andere Lacke im Allgemeinen nicht gut haften (wie z Metalloberflächen). Außerdem sind sie ziemlich widerstandsfähig gegen kurzzeitiges Erhitzen oder Angriff durch Sauerstoff und verblassen nicht sehr im Sonnenlicht. Diese Harze werden unter anderem auch als Formmassen (Kunststoffe) und zur Herstellung von Schäumen verwendet, die eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen aufweisen und nützliche Wärmeisolatoren sind. Andere Harze werden wegen ihrer geringen Brennbarkeit und guten elektrischen Isolationseigenschaften auch in feuchter Umgebung als sogenannte Folien (dünne Schichten in der Elektronikindustrie) verwendet. Silikonharze haben aufgrund ihrer Hitzestabilität und Wasserabstoßung sowie ihrer Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln, hohen Temperaturen und Sonnenlicht zahlreiche Anwendungen. Silikonharze werden in Farben, Lacken, Formmassen (Kunststoffen), elektrischen Isolierungen, Haft- und Trennbeschichtungen und Laminaten verwendet.
Methylsilikat ist eine ziemlich flüchtige Flüssigkeit, die bei der Herstellung von Fernsehbildschirmen verwendet wird. Bei der Zersetzung in Wasser entsteht eine transparente Kieselsäureschicht, die den Schirm an der Glaswand fixiert. Ethylsilikat wird als Bindemittel für die Herstellung von Formen in speziellen Metallgießverfahren oder als Ausgangspunkt für chemische Synthesen verwendet.
Gefahren und ihre Vermeidung
Dieser Abschnitt behandelt die Gefahren von Organosiliciumverbindungen. Auf den Leser wird an anderer Stelle verwiesen Enzyklopädie für Diskussionen über die wichtigen gesundheitlichen Auswirkungen der Exposition gegenüber Silikaten, insbesondere kristallinen Silikaten. Die Auswirkungen von Siliziumkarbiden werden auch an anderer Stelle diskutiert.
Die toxikologischen Gefahren von metallischem Silizium sind nicht bekannt. Für die meisten regulatorischen Zwecke wird es als lästiger Staub angesehen. Wenn Silizium unter Luftabschluss hergestellt und gereinigt wird, findet der Prozess in einem versiegelten, gasdichten Gehäuse statt, das die Exposition begrenzen sollte. Gefahren können von den Chemikalien ausgehen, die in Verbindung mit Silizium in verschiedenen Herstellungsprozessen verwendet werden. Hier werden drei Arten von Siliziumverbindungen betrachtet: Silane, Siloxane und Heterosiloxane.
Silane. Silane enthalten Wasserstoff und Silizium. Die meisten von ihnen sind sehr stabile, ölige Substanzen, die an sich nur wenig praktische Anwendung finden. Wenn jedoch Chlor, Stickstoff usw. hinzugefügt werden, können sie für die chemische Synthese verwendet werden. Sowohl Tetrachlorsilan als auch Trichlorsilan sind jedoch hochreaktive Verbindungen, die einen stark reizenden, erstickenden Dampf abgeben können. Bei Kontakt mit Wasser zersetzen sie sich (Hydrolyse) und geben Chlorwasserstoff ab. Wasser in der Atmosphäre kann eine solche Hydrolyse initiieren. Die Hydrolyseprodukte können starke Wirkungen auf Augen und Atemwege haben. Außerdem entzündet sich Trichlorsilan leicht. Diese Flüssigkeiten werden als ätzende Substanzen behandelt und in Quarzampullen oder Edelstahlkisten versandt. Verschüttungen können durch wasserfreies Soda unschädlich gemacht werden.
Das Siloxan Öldämpfe können die Augen reizen, und es wird berichtet, dass extrem hohe Konzentrationen schwerwiegende Auswirkungen auf die Atemwege haben können. Im Gegensatz dazu das Silizium Harzverbindungen galten in der Vergangenheit als unbedenklich und wurden vielfach als Implantate im Körper eingesetzt.
Elastomere (Gummimischungen). Diese Substanzen zeichnen sich durch ihre hohe Stabilität bei hohen (250 °C) und niedrigen Temperaturen (bis -75 °C) sowie durch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe durch Chemikalien aus. Aufgrund ihrer chemischen Trägheit werden sie häufig als Implantatmaterial für Blutgefäße usw. verwendet. Außerdem lösen sie sich nicht in vielen organischen Lösungsmitteln wie Trichlorethylen oder Aceton. Silikonkautschukmembranen sind für Gase wie Sauerstoff leicht durchlässig, auch wenn diese in Wasser gelöst sind.
Es sollte beachtet werden, dass es große Kontroversen und Rechtsstreitigkeiten über die Auswirkungen von Silikon-Brustimplantaten gegeben hat, wobei namhafte Behörden über mögliche langfristige Gesundheitsgefahren geteilter Meinung waren.
Öle. Diese Compounds behalten auch bei extremen Temperaturwechseln ihre Stabilität. Aus diesem Grund werden sie häufig als Schmiermittel verwendet, da ihre Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen im Wesentlichen konstant bleibt. Sie werden auch als wasserabweisende Mittel verwendet, zum Beispiel auf Wände, Textilien oder Leder aufgetragen. Pressteile lassen sich leicht aus mit diesen Verbindungen bestrichenen Formen lösen und sie wirken auch als Antischaummittel (letztere Eigenschaft ist unter anderem hilfreich bei chronischer Bronchitis, da das Einatmen der Dämpfe dieser Öle den Schleimabgang unterstützt) . Bei Versuchstieren wurde festgestellt, dass diese Substanzen sehr langsam aus der Lunge eliminiert werden, dass ihre Anwesenheit dort jedoch keine nachteiligen Reaktionen hervorruft. Auch mit Silikonen hergestellte Salben sind sehr gut verträglich und tragen durch ihre wasserabweisenden Eigenschaften zur Vorbeugung bzw. Genesung von Kontaktekzemen bei, da sie den Kontakt mit Stoffen verhindern, die Überempfindlichkeitsreaktionen hervorrufen.
Tierversuche haben auch gezeigt, dass das Einatmen des Dampfes in sehr hohen Konzentrationen zu einer tödlichen Narkose führen kann; überlebten die exponierten Tiere die Narkose jedoch, erfolgte eine vollständige Genesung. Silikonöle reizen die Augenschleimhäute in geringem Maße und führen zu Rötungen, Schmerzen und Tränenfluss; ernstere Symptome werden nur durch Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht induziert.
Heterosiloxane. Neben Silizium, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten Heterosiloxane bestimmte andere Elemente wie Metalle (Aluminium, Zinn, Blei usw.) sowie Bor oder Arsen usw. Sie hydrolysieren leicht und sind daher für den menschlichen Körper eine große Gefahr ein Teil davon besteht aus Wasser. Heterosiloxane entstehen im Allgemeinen als Zwischenprodukte in chemischen Synthesen. Methylsilikat und Ethylsilikat nehmen in dieser Gruppe einen besonderen Platz ein. Methylsilikat, eine ziemlich flüchtige Flüssigkeit, wird bei der Herstellung von Fernsehbildschirmen verwendet. Wenn es in Wasser zersetzt wird, entsteht eine transparente Schicht aus Kieselsäure Ergebnisse, die den Bildschirm an der Glaswand befestigen. Methylsilikat-Flüssigkeit oder -Dämpfe, die in die Augen gelangen, haben keine unmittelbare Wirkung, verursachen jedoch nach 10 bis 12 Stunden heftige Augenschmerzen, begleitet von Rötungen und Tränen. Die Hornhaut wird undurchsichtig und es können Geschwüre auftreten, die zur Erblindung führen können. Werden die Dämpfe eingeatmet, können lebensgefährliche Lungen- oder Nierenschäden die Folge sein. Da der Kontakt mit dem Dampf oder der Flüssigkeit keinen unmittelbaren Warnschmerz verursacht, sind bei dieser Substanz besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Kolbenbruch muss vermieden werden. Die Augen müssen durch gasdichte Schutzbrillen geschützt werden, und das Risiko des Einatmens von Dämpfen im Falle eines Verschüttens usw. muss durch die Installation eines Absaugsystems vermieden werden.
Äthylsilikat, das als Bindemittel zur Herstellung von Formen in speziellen Metallgießverfahren oder als Ausgangsstoff für chemische Synthesen verwendet wird, hat einen niedrigen Dampfdruck; Diese physikalische Eigenschaft hilft, die Exposition zu reduzieren. In hohen Konzentrationen reizt es die Schleimhäute und die Haut, und in sehr hohen Konzentrationen hat es sich für Tiere als tödlich erwiesen.
Mit zunehmendem Molekulargewicht der Silikate nimmt die Reaktivität ab.
Tabellen zu Silizium- und Organosiliziumverbindungen
Tabelle 1 - Chemische Informationen.
Tabelle 2 - Gesundheitsrisiken.
Tabelle 3 - Physikalische und chemische Gefahren.
Tabelle 4 - Physikalische und chemische Eigenschaften.