Maken van siliconen uit zand

1.Onderzoeksvraag

Hoe kunnen we siliconen maken uit zand?

2.Voorbereiding

a.Materiaal + stoffen

•  oogbescherming
•  veiligheidsscherm
•  een pyrex reageerbuis, ongeveer 150 mm x 17 mm
•  klem en statief
•  bunsenbrander
•  een 250 ml beker
•  een 250 ml erlenmeyer
•  filter trechter en filter papier.
•  toegang tot oven
•  exsicator

De opgegeven hoeveelheden zijn voor één demonstratie:
– 1 g droog magnesiumpoeder (Licht ontvlambaar)
– 1 g droog zilverzand
– ongeveer 50 mL van ongeveer 2 mol/l zoutzuur (irriterend)

b.Opstelling (foto)

c.Etiketten

3.Uitvoeren

a.Werkwijze

Voor de demonstratie:

Droog het magnesiumpoeder en het zand voor enkele uren in een oven bij ongeveer 100 °C. Bewaar ze in de exsicator totdat klaar voor gebruik. Zorg ervoor dat de proefbuis zuiver en droog is.

Tijdens de demonstratie:
Weeg 1 g zilver zand en 1 g magnesiumpoeder af en meng ze grondig. Verspreid het mengsel over de bodem van een reageerbuis.

1. Plaats een veiligheidsscherm tussen de proefbuis en het publiek.  Bevestig de proefbuis aan een statief.
2. Verwarm het uiteinde van het mengsel met een brullende bunsenvlam. Na een paar seconden begint het mengsel te gloeien. Wanneer de reactie is voltooid zal de  proefbuis      zwart kleuren.
3. Laat het mengsel ongeveer 5 minuten afkoelen. Met behulp van een spatel breng je de producten in ongeveer 50 ml van 2 mol/l zoutzuur. Het mengsel zal bruisen als overtollige magnesium reageert met het zuur. Er zullen ook     knallen vormen gepaard met kleine gele vlammen.
4. Na een paar minuten zullen de knallen  ophouden en grijs siliciumpoeder, eventueel  met   een beetje niet gereageerd zand, wordt achtergelaten op de bodem van het bekerglas. Giet het zuur weg.  Was de vaste stof een paar keer met water. Filter de gevormde siliconen en laat dragen aan de lucht.

b.Waarneming (+ foto’s)

Wanneer de reactie is afgelopen wordt er een vaste stof gevormd. Deze vaste stof bevat silicium, magnesiumoxide (de belangrijkste producten), magnesiumsilicide, gevormd uit de reactie van overmaat magnesium met silicium, niet gereageerd magnesium en eventueel iets niet gereageerde zand.Wanneer de vaste stof wordt toegevoegd aan de 2mol/l zoutoplossing zal het bruisen wanneer het overtollige magnesium reageert met het zuur. Er zijn ook knallen waarneembaar die gepaard gaan met kleine gele vlammen. Hierbij ontstaan silicanen die worden gevormd uit de reactie van magnesiumsilicide (Mg₂Si) met zuur. Silicanen wakkeren spontaan in lucht. Magnesium oxide reageert met het zuur en vormt een ​​oplossing van magnesiumchloride.

Na een paar minuten zullen de knallen  ophouden en grijs siliciumpoeder, eventueel met een beetje niet gereageerd zand, wordt achtergelaten op de bodem van het bekerglas.

4.Reflecteren

SiO_{2 (s)} + 2Mg _(s)      → 2MgO _(s) + Si _(s)

2Mg _(s) + Si_(s)          → Mg₂Si_(s)

MgO_(s) + 2HCl_(aq)  → MgCl_{2 (aq)} + H₂O_(l)

Mg₂Si _(s) + 4HCl_(aq) → 2MgCl_{2 (aq)} + SiH_{4 (g)}

(Hogere silanen zoals Si₂H₆ kunnen ook geproduceerd worden)

SiH_{4 (g)} + 2O_{2 (g)}   → SiO_{2 (s)} + 2H₂O _(l)

Wanneer magnesium en zand samen worden verwarmd, wordt er silicium gevormd door een exotherme reactie. Dit reactieproduct wordt aan zoutzuur toegevoegd om het gevormde magnesiumoxide en niet gereageerd magnesium te verwijderen.

Kleine hoeveelheden silicanen worden gevormd door de reactie van magnesium silicide (bijproduct) met het zuur. Deze reageren spontaan met de zuurstofgas uit de lucht om spectaculaire, maar onschadelijke kleine explosies te geven. Na reactie blijft er een grijze vaste stof achter namelijk de siliconen.

5. Aanvullingen

KLIK – KLIK