Triethylaluminium

Strukturformel
	Monomer von Triethylaluminium; ; Dimer von Triethylaluminium
	Monomer (oben), Dimer (unten)
Allgemeines
Name	Triethylaluminium
Andere Namen	Aluminiumtriethyl; TEA;
Summenformel	C6H15Al (monomer)
Kurzbeschreibung	farblose selbstentzündliche Flüssigkeit<ref name="gestis" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	202-619-3
ECHA-InfoCard	100.002.382
PubChem	16682930
DrugBank	Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)
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Eigenschaften
Molare Masse	114,17 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig<ref name="gestis" />
Dichte	0,8324 g·cm−3 (25 °C)<ref name="Ullmann">M. J. Krause, F. Orlandi, A. T. Saurage, J. R. Zietz Jr.: Organic Aluminium Compounds. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2005. doi:10.1002/14356007.a01_543.</ref>
Schmelzpunkt	−52,5 °C<ref name="gestis">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Siedepunkt	187 °C<ref name="Heck">W. B. Heck, R. L. Johnson: Aluminium alkyls - safe handling. In: Ind. Eng. Chem. 54, 12, 1962, S. 35–38. doi:10.1021/ie50636a007.</ref>
Dampfdruck	4 Pa (bei 20 °C)<ref name="gestis" />; 10 Pa (bei 30 °C)<ref name="gestis" />; 50 Pa (bei 50 °C)<ref name="gestis" />; 1 hPa (bei 62,2 °C)<ref name="gestis" />;
Löslichkeit	heftige Zersetzung in Wasser<ref name="gestis" />
Sicherheitshinweise
Gefahrensymbol	Gefahrensymbol
H- und P-Sätze	H: 250‐252‐260‐314
	EUH: 014
	P: 231+232‐235‐280‐303+361+353‐305+351+338‐370+378<ref name="gestis" />
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Triethylaluminium, auch als TEA oder Aluminiumtriethyl (ATE) bezeichnet, ist eine metallorganische Verbindung des Aluminiums. Die Verbindung ist pyrophor und kann sich bei Kontakt mit der Luft selbst entzünden. Mit Wasser reagiert TEA äußerst heftig zu Aluminiumhydroxid und Ethan. TEA ist aufgrund der Elektronenlücke am Aluminiumatom, welches nur sechs Valenzelektronen aufweist, eine Lewis-Säure.

Darstellung und Gewinnung

Die technische Synthese erfolgt durch Umsetzung von Aluminium, Wasserstoff und Ethen, wobei eine Startmenge an Triethylaluminium notwendig ist. Aluminium allein reagiert nicht direkt mit Wasserstoff. In Gegenwart von Triethylaluminium wird als Zwischenverbindung Diethylaluminiumhydrid gebildet, welches mit Ethen die Zielverbindung ergibt.<ref>K. Ziegler: Folgen und Werdegang einer Erfindung - Nobel-Vortrag am 12. Dezember 1963. In: Angew. Chem. 76, 1964, S. 545–553. doi:10.1002/ange.19640761302.</ref><ref>K. Ziegler, H.-G. Gellert, H. Lehmkuhl, W. Pfohl, K. Zosel: Metallorganische Verbindungen, XXVI Aluminiumtrialkyle und Dialkyl-Aluminiumhydride aus Olefinen, Wasserstoff und Aluminium. In: Liebigs Ann. Chem. 629, 1960, S. 1–13. doi:10.1002/jlac.19606290102.</ref>

<math>\mathrm{2 \ Al + 3 \ H_2 + 4 \ (C_2H_5)_3Al \longrightarrow \ 6 \ (C_2H_5)_2AlH }</math> und

<math>\mathrm{(C_2H_5)_2AlH + CH_2{=}CH_2 \longrightarrow \ (C_2H_5)_3Al }</math>

Die Summengleichung lautet dann

<math>\mathrm{2 \ Al + 3 \ H_2 + 6 \ CH_2{=}CH_2 \longrightarrow \ 2 \ (C_2H_5)_3Al }</math>

Die Synthese kann als kontinuierlicher Zweistufenprozess durchgeführt werden, wobei ein Teil des Triethylaluminiums im Kreislauf geführt wird.<ref name="Ullmann" /><ref>A. Lobo, D. C. Coldiron: Patent ZA 635722, 1963 Continental Oil Co. In: Chem. Abstr. 63, 1965, S. 13314h.</ref>

Eine zweite Synthesevariante geht von der Umsetzung von Aluminium mit Ethylchlorid aus, wo zunächst das Ethylaluminiumsesquichlorid erhalten wird.<ref name="Grosse">A. von Grosse, J. M. Mavity: Organoaluminium Compounds: Methods of Preparation. In: J. Org. Chem. 5, 1940, S. 106–121. doi:10.1021/jo01208a004.</ref>

<math>\mathrm{2 \ Al + 3 \ C_2H_5Cl \longrightarrow \ (C_2H_5)_3Al_2Cl_3 }</math>

Eine Reduktionsreaktion mit Natrium ergibt dann die Zielverbindung.<ref name="Grosse" />

<math>\mathrm{2 \ (C_2H_5)_3Al_2Cl_3 + 3 \ Na \longrightarrow \ 3 \ (C_2H_5)_2AlCl + Al + 3 \ NaCl}</math> und

<math>\mathrm{3 \ (C_2H_5)_2AlCl + 3 \ Na \longrightarrow \ 2 \ (C_2H_5)_3Al + Al + 3 \ NaCl}</math>

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Triethylaluminium ist eine pyrophore, farblose bis gelbliche Flüssigkeit. Bei Normaldruck siedet die Verbindung bei 187 °C.<ref name="Heck" /> Die Verdampfungsenthalpie beträgt hier 73,2 kJ·mol⁻¹.<ref>NIST, dort wird P. A. Fowell, The heat of formation of some metal alkyls and of some phosphine imine, University of Manchester, 1961 zitiert.</ref> Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 7,41394, B = 3451,295 und C = 2,14 im Temperaturbereich von 330 K bis 399 K.<ref>NIST; nach V. Fic, J. Dvorak: Organo-Aluminum Compounds. 1. Vapor Pressure of Triethyl Aluminum and Diethyl Aluminium Chloride. In: Chem. Prum. 15, 1965, S. 732–735.</ref> Der Schmelzpunkt der Verbindung liegt bei −50,7 °C. Die Schmelzenthalpie beträgt 10,6 kJ·mol⁻¹<ref name="Rabinovich">NIST; nach I. B. Rabinovich, V. P. Nistratov, M. S. Sheiman, K. N. Klimov, G. P. Kamelov, A. D. Zorin: Specific heat and thermodynamic functions of triethylaluminium. In: Zhur. Fiz. Khim. 63, 1989, S. 522–525.</ref><ref>NIST; nach M. S. Sheiman, V. P. Nistratov, G. P. Kamelova, I. B. Rabinovich: Low-temperature heat capacity of organic compounds of aluminum and zinc. In: Probl. Kalorim. Khim. Termodin., Dokl. Vses. Konf. 10th, 2, 1984, S. 457–459.</ref> Der Tripelpunkt liegt bei −48 °C.<ref name="Rabinovich" /> und 0.0017 Pa.<ref>berechnet aus Dampfdruckfunktion</ref>

Chemische Eigenschaften

In festem und flüssigen Zustand liegt Triethylaluminium als Dimer vor, in der Gasphase dagegen in monomerer Form.<ref>Gábor Vass, György Tarczay, Gábor Magyarfalvi, András Bödi, László Szepes: HeI Photoelectron Spectroscopy of Trialkylaluminum and Dialkylaluminum Hydride Compounds and Their Oligomers. In: Organometallics. 21, 2002, S. 2751–2757. doi:10.1021/om010994h.</ref> Mit Alkalihalogeniden und -cyaniden werden 1:1-Komplex des Typs M[(C₂H₅)₃AlX] sowie 1:2-Komplexe des Typs M[(C₂H₅)₆Al₂X] (mit M - Alkalimetallion und X - Halogenid, Cyanid) gebildet.<ref>K. Ziegler, R. Köster, H. Lehmkuhl, K. Reinert: Metallorganische Verbindungen, XXX Neue Komplexverbindungen der Aluminiumalkyle. In: Liebigs Ann. Chem. 629, 1960, S. 33–49. doi:10.1002/jlac.19606290106.</ref> Beim Eintrag von festen, wasserfreien Aluminiumhalogeniden in Triethylaluminium entstehen je nach Stöchiometrie die entsprechenden Diethylaluminiumhalogenide bzw. Ethylaluminiumdihalogenide.<ref>M. B. Smith: The heats of formation of aluminum alkyls and related compounds. In: J. Organomet. Chem. 76, 1974, S. 171–201. doi:10.1016/S0022-328X(00)84630-6.</ref>

<math>\mathrm{ AlX_3 + 2 \ (C_2H_5)_3Al \longrightarrow \ 3 \ (C_2H_5)_2AlX }</math> und

<math>\mathrm{ 2 \ AlX_3 + (C_2H_5)_3Al \longrightarrow \ 3 \ (C_2H_5)AlX_2 }</math> mit X = Cl, Br, I

Eine echte Umalkylierung gelingt bei der Umsetzung mit Zinkchlorid, wobei das gewünschte Diethylzink vom Nebenprodukt Diethylaluminiumchlorid destillativ abgetrennt werden kann.<ref name="Ullmann" />

<math>\mathrm{ 2 \ (C_2H_5)_3Al + ZnCl_2 \longrightarrow \ Zn(C_2H_5)_2 + 2 \ (C_2H_5)_2AlCl }</math>

Mit Sauerstoff wird in einer Radikalkettenreaktion an den Aluminium-Kohlenstoff-Bindungen das Aluminiumtriethanolat gebildet.<ref>K. Ziegler, F. Krupp, K. Zosel: Metallorganische Verbindungen, XL Synthese von Alkoholen aus Organoaluminium-Verbindungen. In: Liebigs Ann. Chem. 629, 1960, S. 241–250. doi:10.1002/jlac.19606290118.</ref> Diese Reaktion verläuft mit einer Reaktionsenthalpie von −1017 kJ·mol⁻¹ sehr stark exotherm, so dass eine entsprechende Reaktionskontrolle hinsichtlich der Sauerstoffzufuhr notwendig ist, um unkontrollierte Selbstentzündungsprozesse zu vermeiden.<ref name="Ullmann" />

<math>\mathrm{ 2 \ (C_2H_5)_3Al + 3 \ O_2 \longrightarrow \ 2 \ (C_2H_5O)_3Al }</math>

Triethylaluminium reagiert bereitwillig und heftig mit protischen Substanzen, wie Mineralsäuren, Wasser, Alkoholen, Mercaptanen, Phenolen, Carbonsäuren, Ammoniak, Aminen, Acetylen und monosubstituierten Acetylenen.<ref name="Ullmann" />

Verwendung

Triethylaluminium ist als Bestandteil von Ziegler-Natta-Katalysatoren ein in großtechnischem Maßstab verwendeter Cokatalysator für die Polyolefinherstellung; vor allem von Polyethylen und Polypropylen. Im sogenannten Alfol-Prozess wird TEA zur Synthese höherer unverzweigter primärer Alkohole („Fettalkohole“) aus Ethen verwendet.

In MOCVD- und MBE-Anlagen wird Triethylaluminium als Reaktionsmedium zur Abscheidung von III-V-Halbleiterschichten, beispielsweise für LEDs, verwendet.

In Kriegswaffen, wie beispielsweise Flammenwerfern, wird Triethylaluminium als flüssiges Brandmittel oder mit Verdickern, wie Polyisobutylen als Gelbrandstoff (TPA, {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Vorlage:lang:103: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)) eingesetzt. Prinzipiell können solche Waffen als Nachfolger des Napalms betrachtet werden. Bezüglich der Abbrandtemperatur und der brandstiftenden Wirkung übertreffen sie dieses. TEA selbst kann mit Wasser nicht gelöscht werden, da es explosionsartig mit Wasser reagiert. Wird es mit anderen Löschmitteln bekämpft, so kann jederzeit durch Luftkontakt wieder eine Selbstentzündung einsetzen.

Sicherheitshinweise

Die Dämpfe von Triethylaluminium sind stark reizend und verätzen die Schleimhäute. Mit bis zu zwei Tagen Verzögerung kann ein Lungenödem eintreten. Häufig wird auch das sogenannte Gießerfieber beobachtet. Bei Einwirkungen auf die Haut können sehr schmerzhafte und schwer heilende Wunden entstehen.<ref>W. Baumann, B. Herberg-Liedtke: Chemikalien in der Metallbearbeitung: Daten und Fakten zum Umweltschutz. Springer, 1996, ISBN 3-540-60094-9, S. 462–463.</ref>

Weblinks

Commons: Triethylaluminium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise