Aus Magnesium und Quarzsand wird durch eine Reduktion Magnesiumsilicid hergestellt. Das gebildete Magnesiumsilicid wird mit Salzsäure umgesetzt. Es bildet sich dabei Monosilan und Magnesiumchlorid.
Verwendete Chemikalien
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Gefahr
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2 g Magnesium (Späne), Mg – 24.31 g/mol
CAS-Nr.: 7439-95-4 – EG-Nr.: 231-104-6
Flam. Sol. 1, Self-heat. 1, Water-react. 2, WGK nwg
H228 Entzündbarer Feststoff. H251 Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten. H261 In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P223 Keinen Kontakt mit Wasser zulassen. P231+P232 Inhalt unter inertem Gas handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen. P235 Kühl halten. P240 Behälter und zu befüllende Anlage erden. P241 Explosionsgeschützte elektrische/Lüftungs-/Beleuchtungsgeräte verwenden. Sigma-Aldrich, 200905, SDB vom 01.03.2023
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1 g Quarzsand, SiO2
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Gefahr
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5 mL Salzsäure 37 %, HCl – 36.46 g/mol
Salzsäure rauchend, Chlorwasserstoff-Lösung
CAS-Nr.: 7647-01-0 – EG-Nr.: 231-595-7
Met. Corr. 1, Skin Corr. 1B, Eye Dam. 1, STOT SE 3 (Atmungssystem), WGK 1
H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H335 Kann die Atemwege reizen. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271 Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sigma-Aldrich, 339253, SDB vom 29.02.2024
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Produkte
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Gefahr
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Magnesiumsilicid, Mg2Si – 76.70 g/mol
Dimagnesiumylidensilan (IUPAC), Dimagnesiumsilicid
CAS-Nr.: 22831-39-6 – EG-Nr.: 245-254-5
Water-react. 2, WGK 3
H261 In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P231+P232 Inhalt unter inertem Gas handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen. EUH014 Reagiert heftig mit Wasser. Sigma-Aldrich, 343196, SDB vom 14.10.2022
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Gefahr
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Silan, SiH4 – 32.13 g/mol
Monosilan, Siliciumwasserstoff, Silakan, Siliciumhydrid
CAS-Nr.: 7803-62-5 – EG-Nr.: 232-263-4
Flam. Gas 1A, Press. Gas (Liq.), Acute Tox. 4 (oral), WGK 1
H220 Extrem entzündbares Gas. H280 Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren. H332 Gesundheitsschädlich bei Einatmen. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P271 Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. P304+P340+P312 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P377 Brand von ausströmendem Gas: Nicht löschen, bis Undichtigkeit gefahrlos beseitigt werden kann. P381 Bei Undichtigkeit alle Zündquellen entfernen. P410+P403 Vor Sonnenbestrahlung schützen. An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Air Liquide, 107, SDB vom 01.06.2023
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Verwendete Geräte, Versuchsaufbau
3 × Porzellanschale, Spatel, Stativ, Muffe, Klemme, Bunsenbrenner, Messzylinder, Pinzette, Pistill
Versuchsdurchführung
In einer Porzellanschale werden 2 g Magnesium (Späne) und 1 g Quarzsand innig miteinander vermengt. Die fertige Mischung wird in ein Reagenzglas gefüllt, welches anschließend schräg an einem Stativ befestigt wird.
Die Reaktion muss im Freien durchgeführt werden! Das Reaktionsprodukt kann herausgeschleudert werden! Reagenzglasöffnung nicht auf Personen oder brennbare Materialien richten! Angegebene Mengen nicht überschreiten!
Nun wird mit dem Bunsenbrenner erhitzt, bis die Mischung aufglüht und die Reaktion einsetzt. Nach beendeter Reaktion kann man erkennen, dass das Reagenzglas viele feine Sprünge aufweist. Das Reagenzglas wird aus der Klammer entfernt und der untere Teil, über einer Unterlage, mit einem Pistill abgeschlagen. Aus der entstandenen dunkelbraunen Masse werden mit einer Pinzette die Glassplitter entfernt. Zwei Spatel des Reaktionsprodukts werden in eine Porzellanschale überführt und mit 20 mL dest. Wasser versetzt. Unter dem Abzug werden jetzt 5 mL Salzsäure 37 % zugegeben. Die aufsteigenden Gasblasen entzünden sich an der Oberfläche und verbrennen mit einem knatternden Geräusch. Dabei kann auch ein feiner Rauch aus Siliciumdioxid beobachtet werden.
Reaktionsgleichung
Magnesium reagiert mit Quarzsand:
2 Mg + SiO2 → 2 MgO + Si
Das Silicium reagiert mit vorhandenem Magnesium:
2 Mg + Si → Mg2Si
Magnesiumsilicid reagiert mit Salzsäure zu Monosilan:
Mg2Si + 4 HCl → 2 MgCl2 + SiH4↑
Das Monosilan verbrennt mit Sauerstoff:
SiH4 + 2 O2 → SiO2↓ + 2 H2O↑
Bei der Reduktion von Siliciumdioxid (Quarzsand) mit Magnesium im Überschuss bildet sich als Nebenprodukt immer Magnesiumsilicid (Mg2Si). Wird das Magnesiumsilicid mit Salzsäure versetzt, so entstehen dabei Magnesiumchlorid und Monosilan (SiH4). Monosilan reagiert mit Sauerstoff unter Selbstentzündung. Dabei bildet sich ein feiner Rauch, welcher aus Siliciumdioxid besteht. Unverbrauchtes Magnesium reagiert mit Salzsäure zu Magnesiumchlorid und Wasserstoff, welcher durch das verbrennende Monosilan ebenfalls entzündet wird.
Quellenangaben
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K. Waselowsky. Erste Bekanntschaft mit Silanen. In: 225 × Chemie – Ein Experimentierbuch, Franckh'sche Verlagshandlung: Stuttgart, 1982, 101.
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