Ανόργανα πολυμερή: παραδείγματα και εφαρμογές

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Στη φύση, υπάρχουν οργανοστοιχεία, οργανικά και ανόργανα πολυμερή. Τα ανόργανα υλικά περιλαμβάνουν υλικά των οποίων η κύρια αλυσίδα είναι ανόργανη και οι πλευρικοί κλάδοι δεν είναι ρίζες υδρογονάνθρακα. Τα στοιχεία των ομάδων III-VI του περιοδικού συστήματος των χημικών στοιχείων είναι πιο επιρρεπή στο σχηματισμό πολυμερών ανόργανης προέλευσης.

Ταξινόμηση

Οργανικά και ανόργανα πολυμερή μελετώνται ενεργά, τα νέα χαρακτηριστικά τους προσδιορίζονται, επομένως δεν έχει αναπτυχθεί ακόμη σαφής ταξινόμηση αυτών των υλικών. Ωστόσο, ορισμένες ομάδες πολυμερών μπορούν να διακριθούν.

Ανάλογα με τη δομή:

• γραμμικό;
• flat;
• διακλαδισμένο;
• πολυμερικά δίχτυα;
• τρισδιάστατο και άλλα.

Ανάλογα με τα άτομα ραχοκοκαλιάς που απαρτίζουν το πολυμερές:

• τύπος ομοαλυσίδας (-M-)n – αποτελείται από ένα είδος ατόμων,
• τύπος ετεροαλυσίδας(-M-L-)n - αποτελείται από διαφορετικούς τύπους ατόμων.

Ανάλογα με την προέλευση:

• φυσικό;
• τεχνητό.

Για να ταξινομηθούν ουσίες που είναι μακρομόρια σε στερεά κατάσταση ως ανόργανα πολυμερή, πρέπει επίσης να έχουν μια ορισμένη ανισοτροπία της χωρικής δομής και αντίστοιχες ιδιότητες.

Βασικά χαρακτηριστικά

Πιο κοινά είναι τα πολυμερή ετεροαλυσίδων, στα οποία λαμβάνει χώρα εναλλαγή ηλεκτροθετικών και ηλεκτραρνητικών ατόμων, για παράδειγμα, B και N, P και N, Si και O. Λάβετε ανόργανα πολυμερή ετεροαλυσίδας (NP) μπορεί να χρησιμοποιούν αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης. Η πολυσυμπύκνωση των οξοανιόντων επιταχύνεται σε ένα όξινο μέσο, ενώ η πολυσυμπύκνωση των ένυδρων κατιόντων επιταχύνεται σε ένα αλκαλικό μέσο. Η πολυσυμπύκνωση μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο σε διάλυμα όσο και σε στερεά παρουσία υψηλής θερμοκρασίας.

Πολλά ανόργανα πολυμερή ετεροαλυσίδων μπορούν να ληφθούν μόνο υπό συνθήκες σύνθεσης σε υψηλή θερμοκρασία, για παράδειγμα, απευθείας από απλές ουσίες. Ο σχηματισμός καρβιδίων, τα οποία είναι πολυμερή σώματα, συμβαίνει όταν ορισμένα οξείδια αλληλεπιδρούν με τον άνθρακα, καθώς και παρουσία υψηλής θερμοκρασίας.

Μακρές αλυσίδες ομοαλυσίδας (με βαθμό πολυμερισμού n>100) σχηματίζουν π-στοιχεία άνθρακα και ομάδας VI: θείο, σελήνιο, τελλούριο.

Ανόργανα πολυμερή: παραδείγματα και εφαρμογές

Η ιδιαιτερότητα του NP έγκειται στην εκπαίδευσηπολυμερικά κρυσταλλικά σώματα με κανονική τρισδιάστατη δομή μακρομορίων. Η παρουσία ενός άκαμπτου πλαισίου χημικών δεσμών παρέχει σε τέτοιες ενώσεις σημαντική σκληρότητα.

Αυτή η ιδιότητα καθιστά δυνατή τη χρήση ανόργανων πολυμερών ως λειαντικών υλικών. Η χρήση αυτών των υλικών έχει βρει την ευρύτερη εφαρμογή στον κλάδο.

Η εξαιρετική χημική και θερμική αντοχή του NP είναι επίσης πολύτιμη ιδιότητα. Για παράδειγμα, οι ενισχυτικές ίνες που κατασκευάζονται από οργανικά πολυμερή είναι σταθερές στον αέρα σε θερμοκρασία 150-220 ˚C. Εν τω μεταξύ, η ίνα βορίου και τα παράγωγά της παραμένουν σταθερά σε θερμοκρασία 650 ˚С. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ανόργανα πολυμερή είναι πολλά υποσχόμενα για τη δημιουργία νέων χημικά και ανθεκτικών στη θερμότητα υλικών.

Πρακτική αξία έχει επίσης το NP, το οποίο είναι τόσο κοντά σε ιδιότητες με το οργανικό, όσο και διατηρούν τις συγκεκριμένες ιδιότητές τους. Αυτά περιλαμβάνουν φωσφορικά άλατα, πολυφωσφαζένια, πυριτικά, πολυμερή οξείδια του θείου με διάφορες πλευρικές ομάδες.

Πολυμερή άνθρακα

Εργασία: «Δώστε παραδείγματα ανόργανων πολυμερών», που βρίσκονται συχνά σε εγχειρίδια χημείας. Συνιστάται να το πραγματοποιήσετε με την αναφορά των πιο σημαντικών παραγώγων NP - άνθρακα. Σε τελική ανάλυση, αυτό περιλαμβάνει υλικά με μοναδικά χαρακτηριστικά: διαμάντια, γραφίτη και καραμπίνα.

Το Carbine είναι ένα τεχνητά δημιουργημένο, ελάχιστα μελετημένο γραμμικό πολυμερές με αξεπέραστους δείκτες αντοχής που δεν είναι κατώτεροι, αλλά σύμφωνα με μια σειρά από μελέτες καιανώτερη από το γραφένιο. Ωστόσο, η καραμπίνα είναι μια μυστηριώδης ουσία. Εξάλλου, δεν αναγνωρίζουν όλοι οι επιστήμονες την ύπαρξή του ως ανεξάρτητο υλικό.

Εξωτερικά μοιάζει με μεταλλική κρυσταλλική μαύρη σκόνη. Έχει ιδιότητες ημιαγωγών. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα της καρβίνης αυξάνεται σημαντικά υπό τη δράση του φωτός. Δεν χάνει αυτές τις ιδιότητες ακόμη και σε θερμοκρασίες έως 5000 ˚С, που είναι πολύ υψηλότερες από ό,τι για άλλα υλικά αυτού του σκοπού. Το υλικό ελήφθη τη δεκαετία του '60 από τον V. V. Korshak, Α. Μ. Sladkov, V. I. Kasatochkin και Yu. P. Kudryavtsev με καταλυτική οξείδωση ακετυλενίου. Το πιο δύσκολο πράγμα ήταν να προσδιοριστεί ο τύπος των δεσμών μεταξύ των ατόμων άνθρακα. Στη συνέχεια, μια ουσία με μόνο διπλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα ελήφθη στο Ινστιτούτο Ενώσεων Οργανοστοιχείων της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ. Η νέα ένωση ονομάστηκε πολυκουμουλένιο.

Γραφίτης - σε αυτό το υλικό η παραγγελία πολυμερών εκτείνεται μόνο στο επίπεδο. Τα στρώματά του συνδέονται όχι με χημικούς δεσμούς, αλλά με ασθενείς διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, επομένως μεταφέρει θερμότητα και ρεύμα και δεν μεταδίδει φως. Ο γραφίτης και τα παράγωγά του είναι αρκετά κοινά ανόργανα πολυμερή. Παραδείγματα χρήσης τους: από τα μολύβια στην πυρηνική βιομηχανία. Με την οξείδωση του γραφίτη, μπορούν να ληφθούν προϊόντα ενδιάμεσης οξείδωσης.

Διαμάντι - οι ιδιότητές του είναι θεμελιωδώς διαφορετικές. Το Diamond είναι ένα χωρικό (τρισδιάστατο) πολυμερές. Όλα τα άτομα άνθρακα συγκρατούνται μεταξύ τους με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Επειδή αυτό το πολυμερές είναι εξαιρετικά ανθεκτικό. Το διαμάντι δεν μεταφέρει ρεύμα και θερμότητα, έχει διαφανή δομή.

Πολυμερή βορίου

Αν σας ρωτήσουν ποια ανόργανα πολυμερή γνωρίζετε, μη διστάσετε να απαντήσετε - πολυμερή βορίου (-BR-). Αυτή είναι μια αρκετά εκτεταμένη κατηγορία NP, που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και την επιστήμη.

Καρβίδιο βορίου - ο τύπος του φαίνεται πιο σωστός όπως αυτό (B12C3) n. Το μοναδιαίο του κύτταρο είναι ρομβοεδρικό. Το πλαίσιο σχηματίζεται από δώδεκα ομοιοπολικά συνδεδεμένα άτομα βορίου. Και στη μέση του βρίσκεται μια γραμμική ομάδα τριών ομοιοπολικά συνδεδεμένων ατόμων άνθρακα. Το αποτέλεσμα είναι μια πολύ ισχυρή δομή.

Βορίδια - οι κρύσταλλοι τους σχηματίζονται παρόμοια με το καρβίδιο που περιγράφηκε παραπάνω. Το πιο σταθερό από αυτά είναι το HfB2, το οποίο λιώνει μόνο στους 3250°C. Το TaB2 διακρίνεται για την υψηλότερη χημική αντοχή - ούτε τα οξέα ούτε τα μείγματά τους δρουν σε αυτό.

Νιτρίδιο βορίου - συχνά αναφέρεται ως λευκό ταλκ για την ομοιότητά του. Αυτή η ομοιότητα είναι πραγματικά μόνο επιφανειακή. Δομικά, είναι παρόμοιο με τον γραφίτη. Αποκτήστε το θερμαίνοντας το βόριο ή το οξείδιο του σε ατμόσφαιρα αμμωνίας.

Boazon

Elbor, βοραζόνη, κυβορίτης, kingsongite, cubonite είναι υπερσκληρά ανόργανα πολυμερή. Παραδείγματα εφαρμογής τους: κατασκευή τροχών λείανσης, λειαντικών υλικών, επεξεργασία μετάλλων. Πρόκειται για χημικά αδρανείς ουσίες με βάση το βόριο. Η σκληρότητα είναι πιο κοντά από άλλα υλικά στα διαμάντια. Συγκεκριμένα, το borazon αφήνει γρατσουνιές στο διαμάντι, το τελευταίο αφήνει γρατσουνιές και σε κρυστάλλους borazon.

Ωστόσο, αυτά τα ND έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα φυσικά διαμάντια: έχουν μεγαλύτερηαντοχή στη θερμότητα (αντέχουν σε θερμοκρασίες έως 2000 ° C, το διαμάντι καταστρέφεται σε ρυθμούς της τάξης των 700-800 ° C) και υψηλή αντοχή στη μηχανική καταπόνηση (δεν είναι τόσο εύθραυστα). Το Borazon ελήφθη σε θερμοκρασία 1350 °C και πίεση 62.000 ατμοσφαιρών από τον Robert Wentorf το 1957. Παρόμοια υλικά ελήφθησαν από επιστήμονες του Λένινγκραντ το 1963.

Ανόργανα πολυμερή θείου

Ομοπολυμερές - αυτή η τροποποίηση του θείου έχει ένα γραμμικό μόριο. Η ουσία δεν είναι σταθερή, με τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας διασπάται σε οκταεδρικούς κύκλους. Σχηματίζεται σε περίπτωση απότομης ψύξης του τήγματος θείου.

Τροποποίηση πολυμερούς διοξειδίου του θείου. Πολύ παρόμοιο με τον αμίαντο, έχει ινώδη δομή.

Πολυμερή σεληνίου

Το γκρίζο σελήνιο είναι ένα πολυμερές με ελικοειδή γραμμικά μακρομόρια φωλιασμένα παράλληλα. Στις αλυσίδες, τα άτομα σεληνίου συνδέονται ομοιοπολικά, ενώ τα μακρομόρια συνδέονται με μοριακούς δεσμούς. Ακόμη και το λιωμένο ή διαλυμένο σελήνιο δεν διασπάται σε μεμονωμένα άτομα.

Το κόκκινο ή άμορφο σελήνιο είναι επίσης ένα πολυμερές αλυσίδας, αλλά ελαφρώς διατεταγμένης δομής. Στο εύρος θερμοκρασίας 70-90 ˚С, αποκτά ιδιότητες όμοιες με καουτσούκ, μετατρέποντας σε μια εξαιρετικά ελαστική κατάσταση, η οποία μοιάζει με οργανικά πολυμερή.

Καρβίδιο του σεληνίου, ή βράχος κρύσταλλος. Θερμικά και χημικά σταθερός, επαρκώς ισχυρός χωρικός κρύσταλλος. Πιεζοηλεκτρικός και ημιαγωγός. Υπό τεχνητές συνθήκες, ελήφθη με αντίδραση χαλαζιακή άμμο και άνθρακα σε ηλεκτρικό φούρνο σε θερμοκρασία περίπου 2000 ° C.

Άλλα πολυμερή σεληνίου:

• Μονοκλινικήσελήνιο - πιο διατεταγμένο από το άμορφο κόκκινο, αλλά κατώτερο από το γκρι.
• Το διοξείδιο του σεληνίου, ή (SiO2)n, είναι ένα τρισδιάστατο πολυμερές δικτύου.
• Ο αμίαντος είναι ένα πολυμερές οξειδίου του σεληνίου με ινώδη δομή.

Πολυμερή φωσφόρου

Υπάρχουν πολλές τροποποιήσεις του φωσφόρου: λευκό, κόκκινο, μαύρο, καφέ, μωβ. Κόκκινο - λεπτή κρυσταλλική δομή NP. Λαμβάνεται με θέρμανση λευκού φωσφόρου χωρίς αέρα σε θερμοκρασία 2500 ˚С. Ο μαύρος φώσφορος ελήφθη από τον P. Bridgman υπό τις ακόλουθες συνθήκες: πίεση 200.000 ατμόσφαιρες σε θερμοκρασία 200 °C.

Τα χλωριούχα φωσφορνιτρίδια είναι ενώσεις του φωσφόρου με άζωτο και χλώριο. Οι ιδιότητες αυτών των ουσιών αλλάζουν με την αύξηση της μάζας. Δηλαδή μειώνεται η διαλυτότητά τους σε οργανικές ουσίες. Όταν το μοριακό βάρος του πολυμερούς φτάσει σε πολλές χιλιάδες μονάδες, σχηματίζεται μια ελαστική ουσία. Είναι το μόνο επαρκώς ανθεκτικό στη θερμότητα καουτσούκ χωρίς άνθρακα. Διασπάται μόνο σε θερμοκρασίες πάνω από 350 °C.

Συμπέρασμα

Τα ανόργανα πολυμερή είναι κυρίως ουσίες με μοναδικά χαρακτηριστικά. Χρησιμοποιούνται στην παραγωγή, στις κατασκευές, για την ανάπτυξη καινοτόμων, ακόμη και επαναστατικών υλικών. Καθώς οι ιδιότητες των γνωστών NP μελετώνται και δημιουργούνται νέα, το πεδίο εφαρμογής τους διευρύνεται.