Neorganski polimeri: primjeri i primjene

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

U prirodi postoje organski elementi, organski i neorganski polimeri. Neorganski materijali uključuju materijale čiji je glavni lanac neorganski, a bočne grane nisu ugljikovodični radikali. Elementi III-VI grupe periodnog sistema hemijskih elemenata najskloniji su stvaranju polimera neorganskog porekla.

Klasifikacija

Organski i neorganski polimeri se aktivno proučavaju, utvrđuju se njihove nove karakteristike, tako da još nije razvijena jasna klasifikacija ovih materijala. Međutim, mogu se razlikovati određene grupe polimera.

U zavisnosti od strukture:

• linear;
• stan;
• branched;
• polimerne mreže;
• trodimenzionalni i drugi.

U zavisnosti od atoma okosnice koji čine polimer:

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

U zavisnosti od porijekla:

• prirodno;
• umjetna.

Da bi se supstance koje su makromolekule u čvrstom stanju klasifikovale kao anorganske polimere, one takođe moraju imati određenu anizotropiju prostorne strukture i odgovarajuća svojstva.

Ključne karakteristike

Češći su heterolančani polimeri, kod kojih dolazi do izmjenjivanja elektropozitivnih i elektronegativnih atoma, na primjer, B i N, P i N, Si i O. Heterolančani neorganski polimeri (NP) mogu se dobiti pomoću reakcija polikondenzacije. Polikondenzacija oksoaniona se ubrzava u kiseloj sredini, dok se polikondenzacija hidratiziranih kationa ubrzava u alkalnoj sredini. Polikondenzacija se može izvesti iu rastvoru iu čvrstim materijama u prisustvu visoke temperature.

Mnogi heterolančani neorganski polimeri mogu se dobiti samo pod uslovima visokotemperaturne sinteze, na primjer, direktno iz jednostavnih supstanci. Stvaranje karbida, koji su polimerna tijela, nastaje kada određeni oksidi stupe u interakciju sa ugljikom, kao iu prisustvu visoke temperature.

Dugi homolančani lanci (sa stepenom polimerizacije n>100) formiraju ugljenik i p-elemente grupe VI: sumpor, selen, telur.

Neorganski polimeri: primjeri i primjene

Specifičnost NP leži u obrazovanjupolimerna kristalna tijela sa pravilnom trodimenzionalnom strukturom makromolekula. Prisustvo krutog okvira hemijskih veza daje takvim jedinjenjima značajnu tvrdoću.

Ovo svojstvo omogućava upotrebu neorganskih polimera kao abrazivnih materijala. Upotreba ovih materijala našla je najširu primjenu u industriji.

Izuzetna hemijska i termička otpornost NP-a takođe je vrijedna osobina. Na primjer, ojačavajuća vlakna napravljena 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 hemijski i toplotno otpornih materijala.

Praktična vrijednost također ima NP, koji su po svojstvima bliski organskim, i zadržavaju svoja specifična svojstva. To uključuje fosfate, polifosfazene, silikate, polimerne okside sumpora sa različitim bočnim grupama.

Ugljični polimeri

Zadatak: “Navedite primjere neorganskih polimera”, koji se često nalaze u udžbenicima hemije. Preporučljivo je to izvesti uz spominjanje najistaknutijih NP - derivata ugljika. Na kraju krajeva, ovo uključuje materijale sa jedinstvenim karakteristikama: dijamanti, grafit i karabin.

Karbine je umjetno stvoren, malo proučen linearni polimer s nenadmašnim pokazateljima čvrstoće koji nisu inferiorni, ali prema brojnim studijama isuperiorniji od grafena. Međutim, karabin je misteriozna supstanca. Uostalom, ne prepoznaju svi naučnici njegovo postojanje kao nezavisan materijal.

Izvana izgleda kao metalno-kristalni crni prah. Ima svojstva poluprovodnika. Električna provodljivost 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 atoma ugljika. Nakon toga, supstanca sa samo dvostrukim vezama između atoma ugljika dobijena je na Institutu za organoelementna jedinjenja Akademije nauka SSSR-a. Novo jedinjenje je nazvano polikumulen.

Grafit - u ovom materijalu poredak polimera se proteže samo u ravni. Njegovi slojevi nisu povezani hemijskim vezama, već slabim međumolekularnim interakcijama, tako da provodi toplotu i struju i ne propušta svetlost. Grafit i njegovi derivati su prilično uobičajeni neorganski polimeri. Primjeri njihove upotrebe: od olovaka do nuklearne industrije. Oksidacijom grafita mogu se dobiti međuprodukti oksidacije.

Dijamant - njegova svojstva su fundamentalno drugačija. Dijamant je prostorni (trodimenzionalni) polimer. Svi atomi ugljika drže zajedno jake kovalentne veze. Zato što je ovaj polimer izuzetno izdržljiv. Dijamant ne provodi struju i toplotu, ima prozirnu strukturu.

Boron polimeri

Ako vas pitaju koje neorganske polimere poznajete, slobodno odgovorite - polimere bora (-BR-). Ovo je prilično opsežna klasa NP, koja se široko koristi u industriji i nauci.

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

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

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

Borazon

Elbor, borazon, kiborit, kingsongit, kubonit su supertvrdi neorganski polimeri. Primjeri njihove primjene: proizvodnja brusnih ploča, abrazivnih materijala, obrada metala. To su hemijski inertne supstance na bazi bora. Tvrdoća je bliža dijamantima od drugih materijala. Posebno, borazon ostavlja ogrebotine na dijamantu, ovaj drugi 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 pritisku od 62.000 atmosfera dobio Robert Wentorf 1957. godine. Slične materijale su dobili lenjingradski naučnici 1963.

Neorganski sumporni polimeri

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

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

Polimeri selena

Sivi selen je polimer sa spiralnim linearnim makromolekulama ugniježđenim paralelno. U lancima, atomi selena su kovalentno vezani, dok su makromolekuli povezani molekularnim vezama. Čak se ni rastopljeni ili rastvoreni selen ne raspada na pojedinačne atome.

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

Selen-karbid, ili gorski kristal. Termički i hemijski stabilan, dovoljno jak prostorni kristal. Piezoelektrika i poluprovodnik. U veštačkim uslovima, dobijen je reakcijom kvarcnog peska i uglja u električnoj peći na temperaturi od oko 2000°C.

Drugi 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 sa vlaknastom strukturom.

fosforni polimeri

Postoje mnoge modifikacije fosfora: bijeli, crveni, crni, smeđi, ljubičasti. Crvena - NP finokristalna struktura. Dobija se zagrevanjem belog fosfora bez vazduha na temperaturi od 2500 ˚S. Crni fosfor je dobio P. Bridgman pod sledećim uslovima: pritisak 200.000 atmosfera na temperaturi od 200 °C.

Fosfornitrid hloridi su jedinjenja fosfora sa azotom i hlorom. Svojstva ovih supstanci se menjaju sa povećanjem mase. Naime, smanjuje se njihova rastvorljivost u organskim materijama. Kada molekularna težina polimera dosegne nekoliko hiljada jedinica, formira se gumena tvar. To je jedina guma bez ugljenika koja je dovoljno otporna na toplinu. Raspada se samo na temperaturama iznad 350 °C.

Zaključak

Neorganski polimeri su uglavnom supstance sa 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.