Epäorgaaniset polymeerit: esimerkkejä ja sovelluksia

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Luonnossa on organoelementtejä, orgaanisia ja epäorgaanisia polymeerejä. Epäorgaanisiin materiaaleihin kuuluvat materiaalit, joiden pääketju on epäorgaaninen, ja sivuhaarat eivät ole hiilivetyradikaaleja. Kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän III-VI ryhmien elementit ovat alttiimpia epäorgaanista alkuperää olevien polymeerien muodostumiselle.

Luokittelu

Orgaanisia ja epäorgaanisia polymeerejä tutkitaan aktiivisesti, niiden uusia ominaisuuksia selvitetään, joten näiden materiaalien selkeää luokitusta ei ole vielä kehitetty. Tietyt polymeeriryhmät voidaan kuitenkin erottaa.

Rakenteesta riippuen:

• lineaarinen;
• tasainen;
• haarautunut;
• polymeeriverkot;
• kolmiulotteinen ja muut.

Riippuen polymeerin runkoatomeista:

• homoketjutyyppi (-M-)n – koostuu yhdentyyppisistä atomeista;
• heteroketjutyyppi(-M-L-)n - koostuu erityyppisistä atomeista.

Alkuperästä riippuen:

• luonnollinen;
• keinotekoinen.

Jotta aineet, jotka ovat kiinteässä olomuodossa makromolekyylejä, luokitellaan epäorgaanisiksi polymeereiksi, niillä on myös oltava tietty tilarakenteen anisotropia ja vastaavat ominaisuudet.

Pääominaisuudet

Yleisempiä ovat heteroketjupolymeerit, joissa tapahtuu sähköpositiivisten ja elektronegatiivisten atomien vuorottelua, esimerkiksi B ja N, P ja N, Si ja O. Hanki heteroketjuiset epäorgaaniset polymeerit (NP) voivat käyttää polykondensaatioreaktioita. Oksoanionien polykondensaatio kiihtyy happamassa väliaineessa, kun taas hydratoituneiden kationien polykondensaatio kiihtyy emäksisessä väliaineessa. Polykondensaatio voidaan suorittaa sekä liuoksessa että kiintoaineessa korkeassa lämpötilassa.

Monet heteroketjuiset epäorgaaniset polymeerit voidaan saada vain korkean lämpötilan synteesin olosuhteissa, esimerkiksi suoraan yksinkertaisista aineista. Karbidien, jotka ovat polymeerikappaleita, muodostumista tapahtuu, kun tietyt oksidit ovat vuorovaikutuksessa hiilen kanssa, sekä korkeassa lämpötilassa.

Pitkät homoketjuiset ketjut (polymerointiasteella n>100) muodostavat hiiltä ja ryhmän VI p-alkuaineita: rikkiä, seleeniä, telluuria.

Epäorgaaniset polymeerit: esimerkkejä ja sovelluksia

NP:n erikoisuus piilee koulutuksessapolymeeriset kidekappaleet, joilla on säännöllinen kolmiulotteinen makromolekyylirakenne. Kemiallisten sidosten jäykän rungon läsnäolo antaa tällaisille yhdisteille huomattavan kovuuden.

Tämä ominaisuus mahdollistaa epäorgaanisten polymeerien käytön hankaavina materiaaleina. Näiden materiaalien käyttö on löytänyt alan laajimman sovelluksen.

NP:n poikkeuksellinen kemiallinen ja lämmönkestävyys on myös arvokas ominaisuus. Esimerkiksi orgaanisista polymeereistä valmistetut lujitekuidut ovat stabiileja ilmassa 150-220 ˚C:n lämpötilaan asti. Samaan aikaan boorikuitu ja sen johdannaiset pysyvät stabiileina 650 ˚С lämpötilaan asti. Siksi epäorgaaniset polymeerit ovat lupaavia uusien kemiallisesti ja lämmönkestävien materiaalien luomisessa.

Käytännöllinen arvo on myös NP:llä, jotka ovat ominaisuuksiltaan lähellä luomua ja säilyttävät ominaisuutensa. Näitä ovat fosfaatit, polyfosfatseenit, silikaatit, polymeeriset rikkioksidit, joissa on erilaisia sivuryhmiä.

Hiilipolymeerit

Tehtävä: "Anna esimerkkejä epäorgaanisista polymeereistä", joita löytyy usein kemian oppikirjoista. On suositeltavaa suorittaa se mainitsemalla merkittävimmät NP - hiilijohdannaiset. Loppujen lopuksi tämä sisältää materiaalit, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet: timantit, grafiitti ja karbiini.

Karbiini on keinotekoisesti luotu, vähän tutkittu lineaarinen polymeeri, jolla on ylittämättömät lujuusindikaattorit, jotka eivät ole huonompia, mutta useiden tutkimusten japarempi kuin grafeeni. Karbiini on kuitenkin mystinen aine. Loppujen lopuksi kaikki tiedemiehet eivät tunnusta sen olemassaoloa itsenäisenä materiaalina.

Ulkopuolisesti näyttää metallikiteiseltä must alta jauheelta. Sillä on puolijohdeominaisuuksia. Karbiinin sähkönjohtavuus kasvaa merkittävästi valon vaikutuksesta. Se ei menetä näitä ominaisuuksia edes 5000 ˚С lämpötiloissa, mikä on paljon korkeampi kuin muilla tähän tarkoitukseen tarkoitetuilla materiaaleilla. Materiaalin vastaanotti 60-luvulla V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatotshkin ja Yu. P. Kudryavtsev asetyleenin katalyyttisen hapetuksen avulla. Vaikeinta oli määrittää hiiliatomien välisten sidosten tyyppi. Myöhemmin Neuvostoliiton tiedeakatemian organoelementtiyhdisteiden instituutista saatiin aine, jossa on vain kaksoissidoksia hiiliatomien välillä. Uuden yhdisteen nimeksi annettiin polycumulene.

Grafiitti - tässä materiaalissa polymeerijärjestys ulottuu vain tasoon. Sen kerroksia eivät yhdistä kemialliset sidokset, vaan heikot molekyylien väliset vuorovaikutukset, joten se johtaa lämpöä ja virtaa eikä lähetä valoa. Grafiitti ja sen johdannaiset ovat melko yleisiä epäorgaanisia polymeerejä. Esimerkkejä niiden käytöstä: kynistä ydinteollisuuteen. Hapettamalla grafiittia voidaan saada hapettumisvälituotteita.

Timantti – sen ominaisuudet ovat pohjimmiltaan erilaiset. Timantti on spatiaalinen (kolmiulotteinen) polymeeri. Kaikkia hiiliatomeja pitävät yhdessä vahvoja kovalenttisia sidoksia. Koska tämä polymeeri on erittäin kestävä. Timantti ei johda virtaa ja lämpöä, sillä on läpinäkyvä rakenne.

Booripolymeerit

Jos sinulta kysytään, mitä epäorgaanisia polymeerejä tiedät, vastaa vapaasti - booripolymeerit (-BR-). Tämä on melko laaja NP-luokka, jota käytetään laaj alti teollisuudessa ja tieteessä.

Boorikarbidi - sen kaava näyttää oikeamm alta näin (B12C3) n. Sen yksikkösolu on romboedrinen. Rungon muodostaa kaksitoista kovalenttisesti sitoutunutta booriatomia. Ja sen keskellä on kolmen kovalenttisesti sitoutuneen hiiliatomin lineaarinen ryhmä. Tuloksena on erittäin vahva rakenne.

Boridit - niiden kiteet muodostuvat samalla tavalla kuin edellä kuvatut karbidit. Vakain näistä on HfB2, joka sulaa vain 3250°C:ssa. TaB2 on tunnettu korkeimmasta kemiallisesta kestävyydestä - eivät hapot tai niiden seokset vaikuta siihen.

Boorinitridi - jota kutsutaan usein valkoiseksi talkiksi sen samank altaisuuden vuoksi. Tämä samank altaisuus on todella vain pinnallista. Rakenteellisesti se on samanlainen kuin grafiitti. Hanki se kuumentamalla booria tai sen oksideja ammoniakkiatmosfäärissä.

Borazon

Elbor, boratsoni, kyboriitti, kingsongiitti, kuboniitti ovat erittäin kovia epäorgaanisia polymeerejä. Esimerkkejä niiden sovelluksista: hiomalaikkojen valmistus, hiomamateriaalit, metallin työstö. Nämä ovat kemiallisesti inerttejä booripohjaisia aineita. Kovuus on lähempänä timantteja kuin muiden materiaalien. Erityisesti boratsoni jättää naarmuja timantteihin, jälkimmäinen jättää naarmuja myös boratsonikiteisiin.

Näillä ND:llä on kuitenkin useita etuja luonnollisiin timantteihin verrattuna: niillä on suurempilämmönkestävyys (kesto lämpötiloja jopa 2000 ° C, timantti tuhoutuu nopeudella 700-800 ° C) ja korkea mekaanisen rasituksen kestävyys (ne eivät ole niin hauraita). Robert Wentorf hankki boratsonin 1350 °C:n lämpötilassa ja 62 000 ilmakehän paineessa vuonna 1957. Leningradin tiedemiehet saivat samanlaisia materiaaleja vuonna 1963.

Epäorgaaniset rikkipolymeerit

Homopolymeeri - tällä rikin muunnelmalla on lineaarinen molekyyli. Aine ei ole stabiili, lämpötilanvaihteluissa se hajoaa oktaedrisykleiksi. Se muodostuu rikkisulan jyrkän jäähtymisen yhteydessä.

Rkkidioksidin polymeerimuunnos. Hyvin samanlainen kuin asbesti, sillä on kuiturakenne.

Seleenipolymeerit

Harmaa seleeni on polymeeri, jossa on kierteisiä lineaarisia makromolekyylejä sisäkkäin rinnakkain. Ketjuissa seleeniatomit ovat sitoutuneet kovalenttisesti, kun taas makromolekyylit ovat sidoksissa molekyylisidoksilla. Jopa sula tai liuennut seleeni ei hajoa yksittäisiksi atomeiksi.

Punainen tai amorfinen seleeni on myös ketjun polymeeri, mutta rakenteeltaan hieman järjestynyt. Lämpötila-alueella 70-90 ˚С se saa kumimaisia ominaisuuksia ja muuttuu erittäin elastiseksi, joka muistuttaa orgaanisia polymeerejä.

Seleenikarbidi tai vuorikristalli. Termisesti ja kemiallisesti vakaa, riittävän vahva spatiaalinen kide. Pietsosähköinen ja puolijohde. Keinotekoisissa olosuhteissa se saatiin saattamalla kvartsihiekka ja kivihiili reagoimaan sähköuunissa noin 2000 °C:n lämpötilassa.

Muut seleenipolymeerit:

• Monoklinikkaseleeni - enemmän järjestynyt kuin amorfinen punainen, mutta huonompi kuin harmaa.
• Seleenidioksidi eli (SiO2)n on kolmiulotteinen verkkopolymeeri.
• Asbesti on seleenioksidin polymeeri, jolla on kuiturakenne.

Fosforipolymeerit

Fosforissa on monia muunnelmia: valkoinen, punainen, musta, ruskea, violetti. Punainen - NP hienokiteinen rakenne. Se saadaan kuumentamalla valkoista fosforia ilman ilmaa lämpötilassa 2500 ˚С. P. Bridgman hankki mustaa fosforia seuraavissa olosuhteissa: paine 200 000 ilmakehää 200 °C:n lämpötilassa.

Fosfornitridikloridit ovat fosforin yhdisteitä typen ja kloorin kanssa. Näiden aineiden ominaisuudet muuttuvat massan kasvaessa. Nimittäin niiden liukoisuus orgaanisiin aineisiin heikkenee. Kun polymeerin molekyylipaino saavuttaa useita tuhansia yksiköitä, muodostuu kumimainen aine. Se on ainoa riittävän lämmönkestävä hiiletön kumi. Se hajoaa vain yli 350 °C:n lämpötiloissa.

Johtopäätös

Epäorgaaniset polymeerit ovat useimmiten aineita, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet. Niitä käytetään tuotannossa, rakentamisessa, innovatiivisten ja jopa vallankumouksellisten materiaalien kehittämiseen. Kun tunnettujen NP:iden ominaisuuksia tutkitaan ja uusia luodaan, niiden käyttöalue laajenee.