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1991 | Book

Silicium und Silicone

Über steinzeitliche Werkzeuge, antike Töpfereien, moderne Keramik, Computer, Werkstoffe für die Raumfahrt, und wie es dazu kam

Author: Professor Eugene George Rochow

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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About this book

Eugene G. Rochow, Prof. emerit. der Harvard Universität, führte am 10. Mai 1940 ein Laborexperiment durch, das für die industrielle Produktion von Siliconen von grundlegender Bedeutung war: die Rochow-Synthese. Durch diese Synthese wurden die "Wundermaterialien" zugänglich für viele Anwendungen zur Verbesserung von Gebrauchsgegenständen, zur Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen und zur Herstellung von Raumanzügen für Astronauten, die die extreme Hitze und Kälte auf dem Mond aushielten.

Table of Contents

Frontmatter
1. Geschichtliches
Zusammenfassung
Von klein auf haben wir uns unsere steinzeitlichen Vorfahren als primitive, barbarische, muskulöse Menschen vorgestellt, kurz und stämmig, in Tierhäute gehüllt, die sich als Jäger und Sammler durchs Leben schlugen und die es irgendwie schafften, in einer feindlichen Welt zu überleben. Welch ein Gegensatz ist doch der moderne Astronaut, der sich mit seinem Raumanzug in den Weltraum wagt, sogar auf dem Mond spazieren kann und wohlbehalten zur Erde zurückkehrt! Er profitiert natürlich von der modernen Technologie; in der Tat hängt er sogar völlig von ihr ab.
Eugene George Rochow
2. Silicium: Das Element
Zusammenfassung
Trotz der erfolgreichen Verwendung von Silicaten in der Keramik vor bereits etwa 5000 Jahren und der jahrhundertelangen Entwicklung der praktischen keramischen Chemie, war elementares Silicium bis 1823 unbekannt.
Eugene George Rochow
3. Die andere Hälfte der Siliciumchemie
Zusammenfassung
Wenn man bedenkt, daß natürliche und synthetische Silicate seit 5000 Jahren im Gebrauch sind und die keramische Industrie in den letzten Jahrhunderten so gewaltige Fortschritte gemacht hat, erstaunt es einen, daß ein völlig anderer Aspekt der Siliciumchemie so lange hat verborgen bleiben können. Vielleicht ist das aber gerade der Beweis dafür, wie jung die chemische Wissenschaft noch ist und wieviel noch zu erforschen bleibt! Sehr wahrscheinlich stößt man bei jedem Element auf neue ebenso erstaunliche Eigenschaften und Seiten, wenn man mit genügend Phantasie an die Sache herangeht1.
Eugene George Rochow
4. Not macht erfinderisch: Auf der Suche nach brauchbaren Siliconpolymeren
Zusammenfassung
Als Thomas Edison die Glühlampe entwickelte, sah er bereits die Beleuchtung von Wohnungen und Geschäften, besonders in den Städten, voraus. Benötigt wurden dafür eine Kraftzentrale, ein Verteilungssystem in den Straßen und schließlich die Verdrahtung der Gebäude. In allen drei Bereichen sah er sich demselben Problem gegenüber: zur Sicherheit und um Kurzschlüsse zu vermeiden, mußten die Kupferleitungen isoliert werden. Als man später elektrische Lokomotiven und anderes schweres Gerät und immer größere Gleichstromgeneratoren entwickelte und baute, wurde das Problem wegen der hier auftretenden höheren Temperaturen noch offensichtlicher. Auch heute sind nicht alle Probleme gelöst, sie sind aber durch die Entwicklung und Produktion brauchbarer Siliconpolymere, die erhöhte Temperaturen aushalten und gleichzeitig ausgezeichnet isolieren, entschärft worden.
Eugene George Rochow
5. Magnesium kommt aufs Altenteil

Als Teil der Entwicklungsgeschichte der Silicone haben wir in den letzten beiden Kapiteln relativ ausführlich die Kipping-Grignard-Methode zur Herstellung von Siliconpolymeren kennengelernt. Die Methode macht jeden angehenden Hersteller von Siliconen aber von der Magnesiumversorgung abhängig, weil das Organomagnesiumhalogenid die zentrale Rolle bei der Verknüpfung von Methyl oder anderen organischen Gruppen mit Silicium spielt. Wegen des großen Vorrats an freier Energie, der in metallischem Magnesium steckt, laufen die Folgereaktionen bis zu Ende. Wie wir gesehen haben, läuft jede Reaktion in der Reaktionskette unter Freisetzung von Wärme ab, weil die freie chemische Energie zunächst ihre chemische Arbeit verrichtet und der Überschuß in minderwertige Wärmeenergie umgewandelt wird. Magnesium ist daher zugleich ein traditionelles Synthesereagenz und eine Quelle für freie Energie, mit der die gesamte Reaktionsabfolge nach Kipping und Grignard angetrieben wird.

Eugene George Rochow
6. Typische Siliconpolymere und ihre Eigenschaften
Zusammenfassung
Wir haben bereits gesehen, daß Methylsiliconharze wie beispielsweise die historischen Produkte von 1938 und 1940 vernetzte Strukturen haben, in denen das Verhältnis der Methylgruppen zu Siliciumatomen zwangsläufig kleiner als 2 ist und eher bei 1,5 liegt wie in der folgenden Struktur
Eugene George Rochow
7. Mit Siliconen Probleme lösen
Zusammenfassung
Wasser ist auf unserem Planeten allgegenwärtig. Es bedeckt drei Viertel der Erdoberfläche, es ist in der Atmosphäre (bis es als Regen oder Schnee ausgeschieden wird), es durchdringt Felsen und Böden und ist der wichtigste Bestandteil lebender Wesen. Wir könnten nicht ohne Wasser leben, aber es gibt Situationen wo wir uns das Wasser wegwünschen. Wir wollen, daß der Regen draußen bleibt; wir wollen nicht, daß er durch die Wände unserer Häuser sickert. Ebenso wünschen wir, daß unsere Kleidung trocken bleibt, wenn wir von einem Regenguß überrascht werden, aber wir sind nicht bereit, undurchlässige Gummi- oder Plastikkleidung zu tragen, weil Wasserdampf ungehindert von der Haut in die Luft gelangen muß, damit wir uns wohlfühlen. Kurz gesagt brauchen wir gewebte poröse Kleidung und poröse Lederschuhe für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden, und wir müssen unsere Häuser aus porösem Beton, porösen Ziegeln oder porösem Holz bauen, weil alles andere zu teuer ist. Wie können wir also das allgegenwärtige Wasser bändigen?
Eugene George Rochow
8. Bioorganosiliciumchemie und verwandte Gebiete
Zusammenfassung
Wir kommen wieder zum Ausgangspunkt zurück, dem Traum von Friedrich Wöhler aus dem Jahre 1851: ein neues Gebiet ähnlich der organischen Chemie aufzutun, in dem nicht Kohlenstoff sondern Silicium das Schlüsselelement darstellt. Wir sollten hierbei auch Frederic Stanley Kippings gedenken, der ein halbes Jahrhundert später wissen wollte, wie weit er mit der Substitution von Kohlenstoff durch Silicium in gängigen organischen Verbindungen gehen könnte und welche Eigenschaften diese Siliciumanaloga haben würden. Wenn diese beiden Unternehmungen, an den ursprünglichen Erwartungen gemessen, auch wenig einbrachten, Wöhler und Kipping entledigten sich ihrer selbstgestellten Aufgabe in bewundernswerter Weise. Es mangelte vielmehr an der Anerkennung durch das chemische Establishment an den Universitäten und in der Industrie, und die begonnenen Forschungen brachen einfach ab. So gut wie niemand zeigte Interesse. Erst nach dem Aufkommen der Siliconpolymere lebte das Interesse wieder auf, und es gab nun Forschungsmittel. Das lange vernachlässigte Gebiet siliciumsubstituierter Farbstoffe, Riechstoffe und Arzneimittel kam zu neuer Blüte. Dieses Kapitel handelt in erster Linie von der Rolle von Silicium in Lebewesen und der Synthese und den Eigenschaften biologisch aktiver Organosiliciumverbindungen, aber auf diesem Weg wollen wir uns auch mit einigen siliciumsubstituierten Farb- und Riechstoffen beschäftigen.
Eugene George Rochow
Schlußbemerkung

Wir haben die Spur des Siliciums im menschlichen Leben vom Feuerstein steinzeitlicher Werkzeuge und Waffen über antike und moderne keramische Produkte bis zu den Eigenschaften und Anwendungen des Elements in Medikamenten verfolgt. Wir haben die lange verborgen gebliebene andere Hälfte der Siliciumchemie dargestellt, nämlich die im Laboratorium dargestellten flüchtigen kovalenten Verbindungen des Elements. Aus Hydriden und Halogeniden wurden vor 120 Jahren Organosiliciumverbindungen gewonnen, aus diesen entwickelte sich dann sehr allmählich die Chemie und Technologie der Siliconpolymere. Durch die Entdeckung einer wirtschaftlichen Methode zur großtechnischen Herstellung gelangte die neue Siliconindustrie zu ungeahnter Blüte. Zahlreiche wertvolle Produkte entstanden, die meisten konnten hier nur ganz allgemein beschrieben werden. Nebenprodukte aus dieser neuen Industrie werden wieder in elementares Silicium zurückverwandelt, das in der Elektronik Verwendung findet. Hier ist die Geschichte noch nicht zu Ende: neue Entdeckungen wurden und werden gemacht, neue Anwendungen wirken sich täglich auf unser Leben aus. Ein neuer Weg führte uns zu dem ein Jahrhundert alten Traum zurück, in bekannte organische Farbstoffe, Riechstoffe und Medikamente Silicium einzubauen und diese neuen Derivate auf ihre Eigenschaften zu untersuchen. Wir sahen, daß Silicium durchaus eine Wirkung auf lebende Organismen hat; in Pflanzen und niederen Tieren ist es unentbehrlich für das Wachstum und die Struktur, in Säugern zeigt es Wirkungen, die bis jetzt rätselhaft sind. Bestimmte Krankheiten lassen sich durch Gaben geeigneter Organosiliciumpharmaka lindern. Wer weiß, ob sich nicht dereinst gerade dieses neue Gebiet der Sila-Medikamente als der wichtigste Beitrag des Siliciums zum Wohlergehen des Menschen entpuppt. Wöhler und Kipping hätten diese Entwicklungen genossen!

Eugene George Rochow
Nachwort

Professor Rochow gehört zu den Wissenschaftlern, die unser technisches Zeitalter mitgeprägt haben. Am 10. Mai 1990 jährte sich zum fünfzigsten Mal der Tag, an dem ihm in den Forschungslaboratorien der General Electric Company die entscheidende Entdeckung der direkten Synthese von Organohalogensilanen gelang, der Ausgangsstoffe für die Herstellung von Siliconen. Als Hochschullehrer und Buchautor ist er gleichermaßen erfolgreich gewesen. Für seine Leistungen hat Professor Rochow zahlreiche Auszeichnungen erhalten. Eine eingehende Würdigung erfährt Professor Rochow in dem ausgezeichneten Werk von Hermann A. Liebhafsky „Silicones under the Monogram“, das auch in dem vorliegenden Buch zitiert wird (siehe beispielsweise die Fußnote auf Seite 92).

Eduard Krahé
Backmatter
Metadata
Title
Silicium und Silicone
Author
Professor Eugene George Rochow
Copyright Year
1991
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-09896-7
Print ISBN
978-3-540-52927-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-09896-7