Szervetlen polimerek: példák és alkalmazások

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A természetben vannak szerves elemek, szerves és szervetlen polimerek. A szervetlen anyagok közé tartoznak azok az anyagok, amelyek főlánca szervetlen, és az oldalágak nem szénhidrogén gyökök. A kémiai elemek periodikus rendszerének III-VI csoportjainak elemei a leginkább hajlamosak szervetlen eredetű polimerek képződésére.

Osztályozás

A szerves és szervetlen polimereket aktívan tanulmányozzák, új jellemzőik meghatározása folyamatban van, ezért ezen anyagok egyértelmű osztályozása még nem alakult ki. A polimerek bizonyos csoportjai azonban megkülönböztethetők.

Felépítéstől függően:

• lineáris;
• lakás;
• elágazó;
• polimer hálók;
• háromdimenziós és mások.

A polimert alkotó gerincatomoktól függően:

• homolánc típus (-M-)n – egyfajta atomból áll;
• heterolánc típus(-M-L-)n - különböző típusú atomokból áll.

Származási helytől függően:

• természetes;
• mesterséges.

A szilárd halmazállapotú makromolekulák szervetlen polimerek közé sorolásához a térszerkezetükben és a megfelelő tulajdonságokban is rendelkezniük kell bizonyos anizotrópiával.

Főbb jellemzők

Gyakoribbak a heterolánc polimerek, amelyekben elektropozitív és elektronegatív atomok váltakozása fordul elő, például B és N, P és N, Si és O. Get heterolánc szervetlen polimerek (NP) polikondenzációs reakciókat alkalmazhatnak. Az oxoanionok polikondenzációja savas közegben, míg a hidratált kationok polikondenzációja lúgos közegben gyorsul. A polikondenzáció mind oldatban, mind szilárd testben végrehajtható magas hőmérsékleten.

Sok heteroláncú szervetlen polimer csak magas hőmérsékletű szintézis körülményei között állítható elő, például közvetlenül egyszerű anyagokból. Karbidok, amelyek polimer testek, akkor jönnek létre, amikor bizonyos oxidok kölcsönhatásba lépnek a szénnel, valamint magas hőmérsékleten.

A hosszú homoláncú láncok (polimerizációs fok n>100) szénből és VI csoportba tartozó p-elemeket alkotnak: kén, szelén, tellúr.

Szervetlen polimerek: példák és alkalmazások

Az NP sajátossága az oktatásban rejlikszabályos háromdimenziós makromolekulák szerkezetű polimer kristálytestek. A kémiai kötésekből álló merev keret jelenléte jelentős keménységet biztosít az ilyen vegyületeknek.

Ez a tulajdonság lehetővé teszi szervetlen polimerek csiszolóanyagként történő használatát. Ezen anyagok felhasználása a legszélesebb körben alkalmazható az iparban.

Az NP kivételes vegyi és hőállósága is értékes tulajdonság. Például a szerves polimerekből készült erősítőszálak levegőben 150-220 ˚C hőmérsékletig stabilak. Eközben a bórszál és származékai 650 ˚С hőmérsékletig stabilak maradnak. Éppen ezért a szervetlen polimerek ígéretesek új vegyi és hőálló anyagok létrehozásában.

Gyakorlati értéke az NP-nek is, amelyek tulajdonságaiban közel állnak az organikushoz, és megőrzik sajátos tulajdonságaikat. Ide tartoznak a foszfátok, polifoszfazének, szilikátok, polimer kén-oxidok különböző oldalcsoportokkal.

Szén polimerek

Feladat: „Adjon példákat szervetlen polimerekre”, amelyek gyakran megtalálhatók a kémia tankönyvekben. Célszerű a legkiemelkedőbb NP - szénszármazékok említésével végezni. Végül is ide tartoznak az egyedi tulajdonságokkal rendelkező anyagok: gyémánt, grafit és karabély.

A karabély egy mesterségesen előállított, kevéssé tanulmányozott lineáris polimer, amely felülmúlhatatlan szilárdsági mutatókkal rendelkezik, amelyek nem rosszabbak, de számos tanulmány ésjobb, mint a grafén. A karabély azonban egy titokzatos anyag. Végül is nem minden tudós ismeri el független anyagként a létezését.

Kívülről úgy néz ki, mint egy fémkristályos fekete por. Félvezető tulajdonságokkal rendelkezik. A karbin elektromos vezetőképessége jelentősen megnő a fény hatására. Ezeket a tulajdonságokat még 5000 ˚С hőmérsékletig sem veszíti el, ami sokkal magasabb, mint más ilyen célú anyagoknál. Az anyagot a 60-as években kapta meg V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin és Yu. P. Kudryavtsev az acetilén katalitikus oxidációjával. A legnehezebb a szénatomok közötti kötések típusának meghatározása volt. Ezt követően a Szovjetunió Tudományos Akadémia Szerveselem-Vegyületek Intézetében olyan anyagot szereztek be, amelynek szénatomjai között csak kettős kötések vannak. Az új vegyület neve polikumulén.

Grafit - ebben az anyagban a polimer rendezés csak síkban terjed ki. Rétegeit nem kémiai kötések, hanem gyenge intermolekuláris kölcsönhatások kötik össze, így hőt és áramot vezet, fényt nem ereszt át. A grafit és származékai meglehetősen gyakori szervetlen polimerek. Példák felhasználásukra: a ceruzától a nukleáris iparig. A grafit oxidálásával közbenső oxidációs termékek nyerhetők.

Gyémánt – tulajdonságai alapvetően mások. A gyémánt egy térbeli (háromdimenziós) polimer. Az összes szénatomot erős kovalens kötések tartják össze. Mivel ez a polimer rendkívül tartós. A gyémánt nem vezet áramot és hőt, átlátszó szerkezetű.

Bórpolimerek

Ha azt kérdezik Öntől, hogy milyen szervetlen polimereket ismer, nyugodtan válaszoljon: bór polimerek (-BR-). Ez az NP-k meglehetősen kiterjedt osztálya, amelyet széles körben használnak az iparban és a tudományban.

Bór-karbid – képlete így jobban néz ki (B12C3) n. Egységsejtje romboéder. A vázat tizenkét kovalens kötésű bóratom alkotja. A közepén pedig három kovalens kötésű szénatom lineáris csoportja található. Az eredmény egy nagyon erős szerkezet.

Boridok - kristályaik a fent leírt karbidhoz hasonlóan keletkeznek. Ezek közül a legstabilabb a HfB2, amely csak 3250°C-on olvad meg. A TaB2 a legmagasabb vegyszerállósággal rendelkezik - sem savak, sem keverékeik nem hatnak rá.

Bór-nitrid – hasonlósága miatt gyakran fehér talkumnak nevezik. Ez a hasonlóság valójában csak felületes. Szerkezetileg hasonló a grafithoz. Szerezze be a bór vagy oxidja ammónia atmoszférában történő melegítésével.

Borazon

Az Elbor, a borazon, a kiborit, a kingsongite és a kubonit szuperkemény szervetlen polimerek. Alkalmazási példák: köszörűkorongok, csiszolóanyagok gyártása, fémfeldolgozás. Ezek kémiailag inert bór alapú anyagok. A keménység más anyagoknál közelebb áll a gyémántokhoz. Különösen a borazon hagy karcolást a gyémánton, az utóbbi pedig a borazon kristályokon is karcol.

Azonban ezeknek az ND-knek számos előnyük van a természetes gyémántokhoz képest:hőállóság (2000 ° C-ig ellenáll a hőmérsékletnek, a gyémánt 700-800 ° C közötti sebességgel pusztul) és nagy a mechanikai igénybevétellel szembeni ellenállás (nem olyan törékeny). A borazont 1350 °C hőmérsékleten és 62 000 atmoszféra nyomáson Robert Wentorf készítette 1957-ben. Hasonló anyagokat szereztek leningrádi tudósok 1963-ban.

Szervetlen kénpolimerek

Homopolimer – a kén ezen módosítása lineáris molekulával rendelkezik. Az anyag nem stabil, hőmérséklet-ingadozásokkal oktaéderes ciklusokra bomlik. A kénolvadék éles lehűlése esetén keletkezik.

A kén-dioxid polimer módosítása. Nagyon hasonlít az azbesztre, rostos szerkezetű.

Szelén polimerek

A szürke szelén egy polimer spirális lineáris makromolekulákkal párhuzamosan. A láncokban a szelénatomok kovalens kötéssel, míg a makromolekulák molekuláris kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Még az olvadt vagy oldott szelén sem bomlik le egyedi atomokra.

A vörös vagy amorf szelén szintén egy lánc polimere, de kissé rendezett szerkezetű. 70-90 ˚С hőmérsékleti tartományban gumiszerű tulajdonságokat kap, és rendkívül rugalmas állapotba megy át, ami a szerves polimerekre emlékeztet.

Szelén-karbid vagy hegyikristály. Hő- és kémiailag stabil, kellően erős térbeli kristály. Piezoelektromos és félvezető. Mesterséges körülmények között kvarchomok és szén reagáltatásával állították elő elektromos kemencében, körülbelül 2000 °C hőmérsékleten.

Egyéb szelénpolimerek:

• Monoklinikaszelén – rendezettebb, mint az amorf vörös, de gyengébb a szürkénél.
• A szelén-dioxid vagy (SiO2)n egy háromdimenziós hálózati polimer.
• Az azbeszt a szelén-oxid szálas szerkezetű polimerje.

Foszforpolimerek

A foszfornak számos változata létezik: fehér, piros, fekete, barna, lila. Piros - NP finomkristályos szerkezet. A fehér foszfor levegő nélküli melegítésével nyerik 2500 ˚С hőmérsékleten. A feketefoszfort P. Bridgman a következő körülmények között állította elő: nyomás 200 000 atmoszféra 200 °C hőmérsékleten.

A foszfornitrid-kloridok a foszfor nitrogénnel és klórral alkotott vegyületei. Ezen anyagok tulajdonságai a tömeg növekedésével változnak. Ugyanis a szerves anyagokban való oldhatóságuk csökken. Amikor a polimer molekulatömege eléri a több ezer egységet, gumiszerű anyag képződik. Ez az egyetlen kellően hőálló szénmentes gumi. Csak 350 °C feletti hőmérsékleten bomlik le.

Következtetés

A szervetlen polimerek többnyire egyedi tulajdonságokkal rendelkező anyagok. Felhasználják a gyártásban, az építőiparban, innovatív, sőt forradalmi anyagok fejlesztésére. Ahogy az ismert NP-k tulajdonságait tanulmányozzák és újakat hoznak létre, alkalmazásuk köre bővül.