DE927266C - Verfahren zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen - Google Patents

Verfahren zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen

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DE927266C
DE927266C DEK17450A DEK0017450A DE927266C DE 927266 C DE927266 C DE 927266C DE K17450 A DEK17450 A DE K17450A DE K0017450 A DEK0017450 A DE K0017450A DE 927266 C DE927266 C DE 927266C
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Hans Kautsky Dipl-Chem Jun
Hans Dr Kautsky
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges

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Description

  • Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen Die Erfindung befaßt sich mit der Durchführung chemischer Reaktionen und besteht darin, daß man zwischen Metallen, Legierungen oder auch Nichtmetallen, die aIs Stücke von geeigneter Form und Größe vorliegen, und flüssigen Medien, z. B. flüssigen, verflüssigten oder geschmolzenen organischen und anorganischen Stoffen, Lösungen oder Gemischen von flüssilgen mit festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, Verbindungen od. dgl. Funken übergehen läßt.
  • Aus der wissenschaftlichen Literatur, z. B. den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Bd. 38, 5. 3616 bis 3620, sowie Bd. 39, S. 1705 bis I7I4, ferner dem Hand- u,nd Hilfsbuch für die Chemie und Industrie der Kolloide, ist es bereits bekannt, nach der Methode von Svedberg Kolloide in organischen Flüssigkeiten dadurch herzustellen, daß man mittels eines Gleichstromes der durch Führung über einen Unterbrecher und ein Induktorium hochgespannt wird, in einer Funkenstrecke, die mittels dieses hochgespannten Stromes zwischen aus dem zu zerstäubenden Material bestehenden Elektroden oder Stückchen in eine.m Schwingungskreis erzeugt wird, Kolloide des Elektrodenmaterials in den genannten Flüssigkeiten herstellen kann. Es sollten dabei Bedingungen geschaffen werden, die geeignet waren, chemische Reaktionen auszuschließen.
  • Man hat auch zur Ausführung von chemischen Reaktionen lin Kompressoren elektrische Funkenstrecken auf Gase zur Einwirkung gebracht. Man arbeitete bei hohen Drucken und ausschließlich in der Gasphase, leitende Feststoffteilchen in der Funkenstrecke waren nicht vorgesehen.
  • Ein anderes bekanntes Verfahren befaßte sich mit der Aktivierung von chemischen Reaktionen, die auch bei normalen Bedingungen, jedoch entweder zu langsam oder zu unvollständig verlaufen.
  • Auf die Reaktionspartner werden. nach diesem Verfahren Glimmentladungen zur Einwirkung gebracht, indem die Reaktionspartner einem Wechselstrom hoher Spannung und niedriger Intensität unterworfen werden, wobei als wesentliches Merk-, mlal die im Gas- oder Dampfraum befindlichen Elektroden einen so großen Abstand aufweisen müssen, daß Funkenbildung unter allen Umständen vermieden wird. Infolge der bei diesem bekannten Verfahren a'uftretenden niedrigen Reaktionstemperaturen können die chemischen Reaktionen nur angeregt werden. Dieses Verfahren ist ungeeignet zur Herstellung von Verbindungen aus Stoffen, die unter normalen Bedingungen überhaupt nicht miteinander zur Reaktion gebracht werden können.
  • Das ,der Erfindung zugrunde liegende Ziel liegt im Gegensatz zu dem Vorgenannten darin, chemische Reaktionen planmäßig auszuführen. Es wenden extreme Bedingungen geschaffen, da die erzeugten Funken eine Temperatur von einigen 1000° besitzen, während die umgebende Flüssigkeit gewünschtenfalls tiefgekühlt werden kann. So treten auf engstmöglichen Raum und sehr kurzzeitig außerordentlich steile Temperaturgefälle auf.
  • Die gebildeten -Reaktionsprodukte werden Idaher in kürzester Zeit von einigen I000° auf Idie Um gebungstemperatur abgeschreckt, so daß sich diese Arbeitsweise auch nicht mit dem kaltwarmen Rohr vergleichen läßt, mit Idessen Hilfe nur ein andauerndes und wesentlich geringeres Temperaturgefälle erzeugt werden kann. Durch die Erfindung wird es also möglich, unter normalen Bedingungen nicht gewinnbare Verbindungen herzustellen, die z. B. durch Reaktionen von Atomen oder Radikalen entstehen. Je nach Art oder bei des Reaktion sich bildenden Radikale oder Atome können als Endprodukte gasförmige, flüssige oder feste Stoffe gewannen werden, von Idenen die unlöslichen vor- -zugsweise in kolloider Form anfallen. Beispielsweise beim Zerstäuben von Silizium durch Verfunken desselben in Isopropylalkohol, Aceton od. dgl. werden, wie Versuche ergeben haben, im wesentlichen hochpolymere Substanzen erhalten, deren Konstitution noch nicht restlos geklärt wurde. Mit Sicherheit konnte hingegen festgestellt werden, ,daß bei der Erzeugung von Hochspannungsfunken zwischen Siliziumteilchen in organischen Lösungsmitteln und in Silizium-Tetrachlorid Si-Si-Bindungen geknüpft werden und dadurch lange Ketten, wie Si6Cl14, unter Umständen auch Netze (SiCl)n entstehen. Sauerstoffhaltige Lösungsmittel vermögen die Bildung von Siliziumverbindungen mit Si-O-Si-Bindungen zu veranlassen. Neben diesen Produkten entstehen auch niedermolekulare Stoffe, wie z. B. Si-H 13. ad. --dgl. Man kann also nach der Erfindung Reduktionen ausführen entweder mit Hilfe des in Zerstäubung befindlichen Metalls oder mit Hilfe der in tder Reaktion entstehenden' reduzierenden Substanz, z. B. Wasserstoff. Ebenso sind, wird sich aus ,den Beispielen der Oxydation des Siliziums zu Si-O-Si-Bindungen ergibt, teiloxydierte Verbindungen gewinnbar.
  • Um 'die erwähnten Reaktionen auszuführen, kann man verschiedene Systeme wählen, in denen jedoch jeweils eine leitende Substanz vorhanden sein muß, Id,ie die Funkenbildung überhaupt ermöglicht, Beispielsweise können als Funkenüberträger Metalle, Legierungen, Nichtmetalle und Verbindunigen, idie eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzen, zur Anwendung kommen. Von den letzteren seien z. B. genannt Kohlenstoff, Silizium, Antimon, Sulfide, Nitride, Carbide, Phosphide, Selenilde od. Idgl. Der flüssige Teilnehmer im System soll nichtleitend oder nur wenig leitend sein. Die Flüssigkeit kann eine Verbindung sein, die den zum Funken benutzten Stoff enthält. Aber auch solche Flüssigkeiten sind anwendbar, die diesen Stoff nicht enthalten. Ferner kann der feste Stoff nur als Funkenerzeuger zur Zersetzung der Flüssigkeit dienen, so daß die Reaktion selbst sich, beispielsweise zwischen zwei Flüssigkeiten, abspielt. Auch können durch die Zersetzung Primärprodukte entstehen, die weitere Reaktionen in der flüssigen Phase veranlassen. Das flüssige System darf keine Stoffe enthalten, welche nur eine Bildung der Oxyde oder Hydroxyde der festen Phase, zwischen der die Funken übergehen, veranlassen.
  • Beispielsweise sind folgende Systeme untersucht worden: I. Si als feste Substanz, zwischen der die Funken übergehen, und eine Si-haltige Flüssigkeit, wie z. B. SiCl4, mit der Reaktion eintritt (Beispiel I); 2. Si als feste Substanz, zwischen der die Funken übergehen, unid eine Si-freie Flüssigkeit, wie z. B. Äthylenchloriid, mit Ider Reaktion eintritt (Beispiel 2); 3. Mg-Teilchen, zwischen denen die Funken übergehen, und eine Si-haltige Flüssigkeit im Gemisch mit einer anderen in der flüssigen Phase vorhandenen Substanz, die durch das zerstäubte Metall zur Reaktion untereinander gebracht - werden (Beispiel 4); 4. Mg-Teilchen, zwischen denen idie Funken. übergehen, und eine Si-haltige Flüssigkeit, die mit den zerstäubten Teilchen reagiert.
  • A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l e 1. 45 g Silizium in einer Teilchengröße zwischen 1 und 2 mm sowie 150 ccm SiCl4 werden in das Reaktionsgefäß gebracht, in dem eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten wird. Es wird mit Hilfe eines Hochspannungstransformators und Zwischenschalten eines Kondensators von 0,05 MF an die -- Elektroden des Versuchsgefäßes etwa 26 Stunden lang eine Spannung von 3000 bis 5000 Volt angelegt. Der Primärstromverbrauch des Transformators beläuft sich auf 600 bis 700 Watt.
  • Die Versuche mußten unter Zuhilfenahme der vorhandenen, kaum variablen und nicht immer befriedigenden elektrischen Anlage durchgeführt werden.
  • Es handelt sich dabei nicht um optimale Bedingungen, die jeweils durch Versuche anderweitig ermittelt werden können.
  • Nach Abdestillieren des überschüssigen SiCl4 verbleibt eine hochviskose Flüssigkeit, die bei Zimmertemperatur beinahe fest, bei höherer Temperatur flüssig ist. Vor der Destillation werden gröbere feste Teilchen durch Zentrifugieren entfernt. Das Produkt ist im Hochvakuum bei 2000 nur sehr langsam destillierbar. Es raucht an ,der Luft, bläht sich unter ,der Einwirkung der Luftfeuchtigkeit stark auf und verbrennt an der Flamme unter starker Entwicklung eines weißen Rauches. Der Analyse nach handelt es sich um Verbindungen mit Si-Si-Ketten und -Netzen. Sie entwickeln mit Alkalien (auch NH3) kräftig Wasserstoff Diese Si-Cbloride ähneln den von R. S c h w a r z im Abschreckrohr aus SiCl4 erhaltenen Substanzen.
  • 2. Beim Funken zwischen Si-Teilchen in halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie z. B. C2H4Cl2, C6H5Cl, CHCl3, C2H4 Br2, und in Gemischen von Kohlenwasserstoffen (Pentan, Äther) mit Si C14 entstehen neben den obenerwähnten Verbindungen teilcblorierte Silane, wie SiHCl3.
  • 3. Verwendet man als Flüssigkeit reines Aceton oder auch Isopropylalkohol, so entsteht mit Si-Teilchen beim Funken ein gelbbräunliches Sol.
  • Engt man dieses durch Abdampfen der Hauptmenge des Acetons bzw. Isopropanols ein, so verbleibt eine braune, stechend riechenlde, schwach viskose Flüssigkeit, die beim Aufstreichen auf z. B.
  • Glas an der Luft in einigen Stunden einen sehr harten, klaren, geruchlosen Lackfilm ergibt. Dieser Lack gestattet ein Verkitten von Glasflächen. Die Schicht wird von Alkalien unter Wasserstoffentwicklung zerstört. Bei genügend starkem Eindampfen der Reaktionsflüssigkeit, Idie beim Funken entstanden ist, erhält man ein Gel. Man kann darauf durch Extraktion mit organischen Lösungsmlitteln nur einen Teil der organischen Stoffe entfernen. Das gepulverte, an der Luft getrocknete Gel enthält auch nach Monaten noch unveränderte Si-Si-Blndungen und einen beträchtlichen Gehalt an Kohllenstoff und Wasserstoff.
  • 4. 40 g Silizium in Stücken von I bis 2 mm werden in das Reaktionsgefäß gebracht, gleichzeitig werden 120 ccm trockenes Pentan zugegeben.
  • Zur Ausschaltung von Nebenreaktionen durch Luftsauerstoff oder Feuchtigkeit wird im Reaktionsgefäß eine Stickstoffatmosphäre autfrechterhalten. Das, Gefäß wird zwecks Vermeidung zu starken Siedenls von außen mit Wasser gekühlt.
  • Auf dem Gefäß befindet sich ei.n Rückflußkühler, der das verdampfende Lösungsmittel wieder zurücklaufen läßt. Durch Anlegen eines Stromes von 3,5 bis 4 kV bei einer Primärstromstärke von ,durchschnittllich 4 bis 6 Amp. und einer Kapazität von o,o6 MF werden 10 Stunden lang Funken erzeugt. D.ie erhaltene Lösung ist von Zersetzungsprodukten schwarz gefärbt und zeigt den typischen isonitrilartigen Geruch von teilalkylierten Silanen.
  • D.ie typische Eigenschaft von Organo-Silizium-Verbindungen, Oberflächen, z. B. Glas, u. a. gegen H20 vollkommen unbenetzbar zu machen, konnte beobachtet werden. Die entsprechenden Substanzen wurden bisher noch nicht aus dem Reaktionsgemisch isoliert.
  • 5. Läßt man Hochspannungsfunken zwischen Caloiumdislilizildteilc!hen in Äthylenchlorid übergehen, bildet sich neben anderen Produkten auch Silicochloroform.
  • 6. Läßt man Funken zwlischen Magnesiumteilchen in einem Gemisch von Äthylbromid t Si Cl4 übergehen, so kann man mit Hilfe des Reaktion gemisches Glasoberflächen völlig unbenetzbar machen. Die entstandenen Organo-Si-Verbindungen wurden noch nicht isoliert. Eine Reaktion in Richtung auf Si-C-Bindungen war zu erwarten, da intermediär eine Bildung von Grignardverbindingen möglich ist.
  • Um einen gleichmäßigen Funkenübergang zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Teilchen in einer dauernden Bewegung zu halten. Bei kleinen Teilchen geht dies' von selbst ,durch den Funkenübergang bzw. beim Sieden ,der Flüssigkeit vor sich. Bei größeren Teilchen kann es zweckmäßig sein, durch mechanische Beeinflussung, z. B. durch Schütteln, Rühren od. dgl, eine Bewegung der Teilchen herbeizuführen. Es ist möglich, das Verfahren geimäß der Erfindung diskontinuierlich oder auch kontinuierlich auszuführen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen, insbesondere zwischen Silizium und organischen Verbindungen, mittels elektrischer Entladungen, dadurch gekennzeichnet daß ein Gemisch fester Partikel geeigneter Form und Größe aus Metallen, Legierungen oder Nichtmetallen mit flüssigen, geschmolzenen organischen und anorganischen Verbindungen oder Lösungen und Gemischen derselben, auch mit gasförmigen Stoffen, dem Stromdurchgang mittells einer Funkenstrecke unterworfen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, ,dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung der Funken einen Wechselstrom über einen Hochspannungstransformator einem Schwingungskreis zuführt, der als Funkenstrecke die festen Partikel enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium gekühlt wird.
    Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 458 844; französische Patentschrift N.r. 679 005; B l ü c h e r - W i n k e l m a n n, Auskunftsbuch für die chemische Industrie, I7. Auflage, I94S, S. 468.
DEK17450A 1953-03-19 1953-03-19 Verfahren zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen Expired DE927266C (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE458844C (de) * 1919-12-23 1928-04-21 Markus Brutzkus Verfahren zur Ausfuehrung von chemischen Reaktionen
FR679005A (fr) * 1928-11-07 1930-04-08 Procédé d'activation des réactions chimiques

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE458844C (de) * 1919-12-23 1928-04-21 Markus Brutzkus Verfahren zur Ausfuehrung von chemischen Reaktionen
FR679005A (fr) * 1928-11-07 1930-04-08 Procédé d'activation des réactions chimiques

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