Anorganski polimeri: primjeri i primjene

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

U prirodi postoje organoelementi, organski i anorganski polimeri. Anorganski materijali uključuju materijale čiji je glavni lanac anorganski, a bočne grane nisu ugljikovodični radikali. Elementi III-VI skupine periodnog sustava kemijskih elemenata najskloniji su stvaranju polimera anorganskog porijekla.

Klasifikacija

Organski i anorganski polimeri se aktivno proučavaju, utvrđuju se njihove nove karakteristike, pa još nije razvijena jasna klasifikacija ovih materijala. Međutim, mogu se razlikovati određene skupine polimera.

Ovisno o strukturi:

• linearno;
• stan;
• razgranati;
• polimerne mreže;
• trodimenzionalni i drugi.

Ovisno o atomima okosnice koji čine polimer:

• tip homolanca (-M-)n – sastoji se od jedne vrste atoma;
• heterolančana vrsta(-M-L-)n - sastoje se od različitih vrsta atoma.

Ovisno o podrijetlu:

• prirodno;
• umjetno.

Da bismo tvari koje su makromolekule u čvrstom stanju klasificirali kao anorganske polimere, one također moraju imati određenu anizotropiju prostorne strukture i odgovarajuća svojstva.

Ključne značajke

Češći su heterolančani polimeri, u kojima dolazi do izmjenjivanja elektropozitivnih i elektronegativnih atoma, na primjer, B i N, P i N, Si i O. Heterolančani anorganski polimeri (NP) mogu se dobiti pomoću reakcija polikondenzacije. Polikondenzacija oksoaniona ubrzava se u kiselom mediju, dok se polikondenzacija hidratiziranih kationa ubrzava u alkalnom mediju. Polikondenzacija se može izvesti iu otopini iu krutim tvarima u prisutnosti visoke temperature.

Mnogi heterolančani anorganski polimeri mogu se dobiti samo u uvjetima visokotemperaturne sinteze, na primjer, izravno iz jednostavnih tvari. Stvaranje karbida, koji su polimerna tijela, događa se kada određeni oksidi stupe u interakciju s ugljikom, kao iu prisutnosti visoke temperature.

Dugi homolančani lanci (sa stupnjem polimerizacije n>100) tvore ugljik i p-elemente grupe VI: sumpor, selen, telurij.

Anorganski polimeri: primjeri i primjene

Specifičnost NP leži u obrazovanjupolimerna kristalna tijela s pravilnom trodimenzionalnom strukturom makromolekula. Prisutnost krutog okvira kemijskih veza daje takvim spojevima značajnu tvrdoću.

Ovo svojstvo omogućuje korištenje anorganskih polimera kao abrazivnih materijala. Upotreba ovih materijala našla je najširu primjenu u industriji.

Izuzetna kemijska i toplinska otpornost NP-a također je vrijedno svojstvo. Na primjer, ojačavajuća vlakna izrađena od organskih polimera stabilna su na zraku do temperature od 150-220 ˚C. U međuvremenu, vlakna bora i njegovi derivati ostaju stabilni do temperature od 650 ˚S. Zato su anorganski polimeri obećavajući za stvaranje novih materijala otpornih na kemikalije i toplinu.

Praktična vrijednost također je NP, koji su po svojstvima bliski organskim, a zadržavaju svoja specifična svojstva. To uključuje fosfate, polifosfazene, silikate, polimerne sumporove okside s različitim bočnim skupinama.

Ugljični polimeri

Zadatak: “Navedite primjere anorganskih polimera”, koji se često nalaze u udžbenicima kemije. Preporučljivo je to provesti uz spominjanje najistaknutijih NP - ugljikovih derivata. Uostalom, ovo uključuje materijale s jedinstvenim karakteristikama: dijamante, grafit i karabin.

Carbine je umjetno stvoren, malo proučavan linearni polimer s nenadmašnim pokazateljima čvrstoće koji nisu inferiorni, ali prema brojnim studijama isuperiorniji od grafena. Međutim, karabin je tajanstvena tvar. Uostalom, ne prepoznaju svi znanstvenici njegovo postojanje kao neovisni materijal.

Izvana izgleda kao metalno-kristalni crni prah. Ima svojstva poluvodiča. Električna vodljivost karbina značajno se povećava pod djelovanjem svjetlosti. Ova svojstva ne gubi ni na temperaturama do 5000 ˚S, što je mnogo više nego kod drugih materijala ove namjene. Materijal je 60-ih godina primio V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatočkin i Yu. P. Kudryavtsev katalitičkom oksidacijom acetilena. Najteže je bilo odrediti vrstu veza između ugljikovih atoma. Nakon toga, u Institutu za organoelementne spojeve Akademije znanosti SSSR-a dobivena je tvar sa samo dvostrukim vezama između ugljikovih atoma. Novi spoj nazvan je polikumulen.

Grafit - u ovom materijalu poredak polimera proteže se samo u ravnini. Njegovi slojevi nisu povezani kemijskim vezama, već slabim međumolekularnim interakcijama, pa provodi toplinu i struju i ne propušta svjetlost. Grafit i njegovi derivati su prilično uobičajeni anorganski polimeri. Primjeri njihove uporabe: od olovaka do nuklearne industrije. Oksidacijom grafita mogu se dobiti međuprodukti oksidacije.

Dijamant - njegova svojstva su bitno drugačija. Dijamant je prostorni (trodimenzionalni) polimer. Svi atomi ugljika drže zajedno jake kovalentne veze. Budući da je ovaj polimer iznimno izdržljiv. Dijamant ne provodi struju i toplinu, ima prozirnu strukturu.

Borovi polimeri

Ako vas pitaju koje anorganske polimere poznajete, slobodno odgovorite - borove polimere (-BR-). Ovo je prilično opsežna klasa NP-ova, koja se široko koristi u industriji i znanosti.

Bor karbid - njegova formula izgleda ispravnije ovako (B12C3) n. Njegova jedinična ćelija je romboedarska. Okvir tvori dvanaest kovalentno vezanih atoma bora. A u sredini je linearna skupina od tri kovalentno vezana ugljikova atoma. Rezultat je vrlo jaka struktura.

Boridi - njihovi kristali se formiraju slično gore opisanom karbidu. Najstabilniji od njih je HfB2, koji se topi tek na 3250°C. TaB2 je poznat po najvećoj kemijskoj otpornosti - ni kiseline ni njihove smjese ne djeluju na njega.

Bor nitrid - često se naziva bijeli talk zbog svoje sličnosti. Ova sličnost je zapravo samo površna. Strukturno je sličan grafitu. Dobijte ga zagrijavanjem bora ili njegovog oksida u atmosferi amonijaka.

Borazon

Elbor, borazon, kiborit, kingsongit, kubonit su supertvrdi anorganski polimeri. Primjeri njihove primjene: proizvodnja brusnih ploča, abrazivnih materijala, obrada metala. To su kemijski inertne tvari na bazi bora. Tvrdoća je bliža dijamantima od drugih materijala. Konkretno, borazon ostavlja ogrebotine na dijamantu, potonji također ostavlja ogrebotine na kristalima borazona.

Međutim, ovi ND imaju nekoliko prednosti u odnosu na prirodne dijamante: imaju većuotpornost na toplinu (izdrži temperature do 2000 ° C, dijamant se uništava brzinom u rasponu od 700-800 ° C) i visoka otpornost na mehanička opterećenja (nisu tako krhki). Borazon je na temperaturi od 1350 °C i tlaku od 62 000 atmosfera dobio Robert Wentorf 1957. godine. Slične materijale dobili su lenjingradski znanstvenici 1963.

Anorganski sumporni polimeri

Homopolimer - ova modifikacija sumpora ima linearnu molekulu. Tvar nije stabilna, s temperaturnim fluktuacijama se raspada u oktaedarske cikluse. Nastaje u slučaju naglog hlađenja taline sumpora.

Polimerna modifikacija sumporovog dioksida. Vrlo sličan azbestu, ima vlaknastu strukturu.

Selenovi polimeri

Sivi selen je polimer sa spiralnim linearnim makromolekulama ugniježđenim paralelno. U lancima su atomi selena kovalentno vezani, dok su makromolekule povezane molekularnim vezama. Čak se rastopljeni ili otopljeni selen ne razgrađuje na pojedinačne atome.

Crveni ili amorfni selen također je polimer lanca, ali blago uređene strukture. U temperaturnom rasponu od 70-90 ˚S poprima svojstva slična gumi, pretvarajući se u visoko elastično stanje, koje podsjeća na organske polimere.

Selen karbid, ili gorski kristal. Termički i kemijski stabilan, dovoljno jak prostorni kristal. Piezoelektrik i poluvodič. U umjetnim uvjetima dobiven je reakcijom kvarcnog pijeska i ugljena u električnoj peći na temperaturi od oko 2000 °C.

Ostali polimeri selena:

• Monoklinikaselen - uređeniji od amorfne crvene, ali inferiorniji od sive.
• Selen-dioksid, ili (SiO2)n, je trodimenzionalni mrežni polimer.
• Azbest je polimer selen-oksida s vlaknastom strukturom.

fosforni polimeri

Postoje mnoge modifikacije fosfora: bijela, crvena, crna, smeđa, ljubičasta. Crvena - NP finokristalna struktura. Dobiva se zagrijavanjem bijelog fosfora bez zraka na temperaturi od 2500 ˚S. Crni fosfor je dobio P. Bridgman pod sljedećim uvjetima: tlak 200 000 atmosfera na temperaturi od 200 °C.

Fosfornitrid kloridi su spojevi fosfora s dušikom i klorom. Svojstva ovih tvari mijenjaju se s povećanjem mase. Naime, smanjuje se njihova topljivost u organskim tvarima. Kada molekularna težina polimera dosegne nekoliko tisuća jedinica, nastaje gumena tvar. To je jedina guma bez ugljika koja je dovoljno otporna na toplinu. Raspada se samo na temperaturama iznad 350 °C.

Zaključak

Anorganski polimeri su uglavnom tvari s jedinstvenim karakteristikama. Koriste se u proizvodnji, u građevinarstvu, za razvoj inovativnih, pa čak i revolucionarnih materijala. Kako se proučavaju svojstva poznatih NP-ova i stvaraju novi, širi se opseg njihove primjene.