Anorganski polimeri: primeri in aplikacije

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

V naravi obstajajo organoelementi, organski in anorganski polimeri. Anorganski materiali vključujejo materiale, katerih glavna veriga je anorganska, stranske veje pa niso ogljikovodikovi radikali. Elementi III-VI skupin periodnega sistema kemičnih elementov so najbolj nagnjeni k tvorbi polimerov anorganskega izvora.

Razvrstitev

Organski in anorganski polimeri se aktivno preučujejo, določajo se njihove nove lastnosti, zato jasna klasifikacija teh materialov še ni izdelana. Vendar pa je mogoče razlikovati določene skupine polimerov.

Odvisno od strukture:

• linearno;
• ravno;
• razvejano;
• polimerne mreže;
• tridimenzionalni in drugi.

Odvisno od atomov hrbtenice, ki sestavljajo polimer:

• tip homoverige (-M-)n – sestavljen iz ene vrste atomov;
• heteroverižna vrsta(-M-L-)n - sestavljeno iz različnih vrst atomov.

Odvisno od izvora:

• naravno;
• umetno.

Za razvrstitev snovi, ki so makromolekule v trdnem stanju, kot anorganske polimere, morajo imeti tudi določeno anizotropijo prostorske strukture in ustrezne lastnosti.

Ključne funkcije

Pogosteje so heteroverižni polimeri, pri katerih pride do izmenjevanja elektropozitivnih in elektronegativnih atomov, na primer B in N, P in N, Si in O. Heteroverižne anorganske polimere (NP) lahko pridobite s polikondenzacijskimi reakcijami. V kislem mediju se pospešuje polikondenzacija oksoanionov, v alkalnem mediju pa polikondenzacija hidratiranih kationov. Polikondenzacijo lahko izvedemo tako v raztopini kot v trdnih snoveh ob prisotnosti visoke temperature.

Veliko heteroverižnih anorganskih polimerov je mogoče dobiti le v pogojih visokotemperaturne sinteze, na primer neposredno iz preprostih snovi. Do tvorbe karbidov, ki so polimerna telesa, pride pri interakciji določenih oksidov z ogljikom, pa tudi v prisotnosti visoke temperature.

Dolge homoverižne verige (s stopnjo polimerizacije n>100) tvorijo ogljik in p-elemente skupine VI: žveplo, selen, telur.

Anorganski polimeri: primeri in aplikacije

Specifičnost NP je v izobraževanjupolimerna kristalna telesa z pravilno tridimenzionalno strukturo makromolekul. Prisotnost togega okvira kemičnih vezi zagotavlja takšnim spojinam znatno trdoto.

Ta lastnost omogoča uporabo anorganskih polimerov kot abrazivnih materialov. Uporaba teh materialov je našla najširšo uporabo v industriji.

Izjemna kemična in toplotna odpornost NP je prav tako dragocena lastnost. Na primer, ojačitvena vlakna iz organskih polimerov so stabilna na zraku do temperature 150-220 ˚C. Medtem ostanejo borova vlakna in njeni derivati stabilni do temperature 650 ˚С. Zato so anorganski polimeri obetavni za ustvarjanje novih kemično in toplotno odpornih materialov.

Praktična vrednost je tudi NP, ki sta po lastnostih blizu organskim in ohranjata svoje specifične lastnosti. Sem spadajo fosfati, polifosfazeni, silikati, polimerni žveplovi oksidi z različnimi stranskimi skupinami.

Ogljikovi polimeri

Naloga: »Navedite primere anorganskih polimerov«, ki jih pogosto najdemo v učbenikih za kemijo. Priporočljivo je, da ga izvedete z omembo najbolj izstopajočih NP - ogljikovih derivatov. Navsezadnje to vključuje materiale z edinstvenimi lastnostmi: diamanti, grafit in karabin.

Carbine je umetno ustvarjen, malo preučen linearni polimer z neprekosljivimi kazalniki trdnosti, ki niso slabši, a glede na številne študije inboljši od grafena. Vendar je karabin skrivnostna snov. Navsezadnje vsi znanstveniki ne priznavajo njegovega obstoja kot neodvisnega materiala.

Navzven izgleda kot kovinsko-kristalni črni prah. Ima polprevodniške lastnosti. Električna prevodnost karbina se pod vplivom svetlobe znatno poveča. Teh lastnosti ne izgubi niti pri temperaturah do 5000 ˚С, kar je veliko višje kot pri drugih materialih tega namena. Gradivo je v 60. letih prejel V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatočkin in Yu. P. Kudryavtsev s katalitično oksidacijo acetilena. Najtežje je bilo določiti vrsto vezi med ogljikovimi atomi. Kasneje je bila na Inštitutu za organoelementne spojine Akademije znanosti ZSSR pridobljena snov z samo dvojnimi vezmi med ogljikovimi atomi. Nova spojina je bila imenovana polikumulen.

Grafit - v tem materialu vrstni red polimerov sega samo v ravnino. Njegove plasti niso povezane s kemičnimi vezmi, temveč s šibkimi medmolekularnimi interakcijami, zato prevaja toploto in tok ter ne prepušča svetlobe. Grafit in njegovi derivati so precej pogosti anorganski polimeri. Primeri njihove uporabe: od svinčnikov do jedrske industrije. Z oksidacijo grafita lahko dobimo vmesne oksidacijske produkte.

Diamond - njegove lastnosti so bistveno drugačne. Diamant je prostorski (tridimenzionalni) polimer. Vsi ogljikovi atomi se držijo skupaj z močnimi kovalentnimi vezmi. Ker je ta polimer izjemno vzdržljiv. Diamant ne prevaja toka in toplote, ima prozorno strukturo.

Borovi polimeri

Če vas vprašajo, katere anorganske polimere poznate, odgovorite – borove polimere (-BR-). To je dokaj obsežen razred NP, ki se pogosto uporablja v industriji in znanosti.

Borov karbid - njegova formula je videti bolj pravilna takole (B12C3) n. Njegova enotna celica je romboedrična. Okvir tvori dvanajst kovalentno vezanih atomov bora. In v sredini je linearna skupina treh kovalentno vezanih ogljikovih atomov. Rezultat je zelo močna struktura.

Boridi - njihovi kristali so oblikovani podobno kot zgoraj opisani karbid. Najbolj stabilen med njimi je HfB2, ki se topi šele pri 3250°C. TaB2 je znan po najvišji kemični odpornosti - nanj ne delujejo niti kisline niti njihove mešanice.

Borov nitrid - zaradi svoje podobnosti se pogosto imenuje beli smukec. Ta podobnost je res le površinska. Strukturno je podoben grafitu. Pridobite ga s segrevanjem bora ali njegovega oksida v atmosferi amoniaka.

Borazon

Elbor, borazon, kiborit, kingsongit, kubonit so supertrdi anorganski polimeri. Primeri njihove uporabe: izdelava brusilnih plošč, abrazivnih materialov, obdelava kovin. To so kemično inertne snovi na osnovi bora. Trdota je bližje diamantom kot drugi materiali. Zlasti borazon pušča praske na diamantu, slednji pušča tudi praske na kristalih borazona.

Vendar imajo ti ND več prednosti pred naravnimi diamanti: imajo večjotoplotna odpornost (zdrži temperature do 2000 ° C, diamant se uniči s hitrostmi v območju 700-800 ° C) in visoka odpornost na mehanske obremenitve (niso tako krhki). Robert Wentorf je leta 1957 pridobil borazon pri temperaturi 1350 °C in tlaku 62.000 atmosfer. Podobne materiale so pridobili leningrajski znanstveniki leta 1963.

anorganski žveplovi polimeri

Homopolimer - ta modifikacija žvepla ima linearno molekulo. Snov ni stabilna, s temperaturnimi nihanji se razpade na oktaedrične cikle. Nastane v primeru močnega ohlajanja žveplove taline.

Polimerna modifikacija žveplovega dioksida. Zelo podoben azbestu, ima vlaknasto strukturo.

Selenovi polimeri

Siv selen je polimer s spiralnimi linearnimi makromolekulami, ugnezdenimi vzporedno. V verigah so atomi selena kovalentno vezani, medtem ko so makromolekule povezane z molekularnimi vezmi. Tudi staljen ali raztopljen selen se ne razgradi na posamezne atome.

Rdeči ali amorfni selen je prav tako polimer verige, vendar rahlo urejene strukture. V temperaturnem območju 70-90 ˚С pridobi lastnosti, podobne gumu, preide v visoko elastično stanje, ki spominja na organske polimere.

Selenov karbid ali kamniti kristal. Termično in kemično stabilen, dovolj močan prostorski kristal. Piezoelektrični in polprevodniki. V umetnih pogojih so ga pridobili z reakcijo kremenčevega peska in premoga v električni peči pri temperaturi približno 2000 °C.

Drugi selenovi polimeri:

• Monoklinikaselen - bolj urejen kot amorfna rdeča, vendar slabši od sive.
• Selenov dioksid ali (SiO2)n je tridimenzionalni mrežni polimer.
• Azbest je polimer selenovega oksida z vlaknasto strukturo.

fosforjevi polimeri

Obstaja veliko modifikacij fosforja: bela, rdeča, črna, rjava, vijolična. Rdeča - NP finokristalna struktura. Dobimo ga s segrevanjem belega fosforja brez zraka pri temperaturi 2500 ˚С. Črni fosfor je pridobil P. Bridgman pod naslednjimi pogoji: tlak 200.000 atmosfer pri temperaturi 200 °C.

Fosfornitridni kloridi so spojine fosforja z dušikom in klorom. Lastnosti teh snovi se spreminjajo z naraščanjem mase. Zmanjša se namreč njihova topnost v organskih snoveh. Ko molekulska masa polimera doseže nekaj tisoč enot, nastane gumijasta snov. Je edina dovolj toplotno odporna guma brez ogljika. Pokvari se le pri temperaturah nad 350 °C.

Sklep

Anorganski polimeri so večinoma snovi z edinstvenimi lastnostmi. Uporabljajo se v proizvodnji, v gradbeništvu, za razvoj inovativnih in celo revolucionarnih materialov. Ko se preučujejo lastnosti znanih NP in ustvarjajo nove, se obseg njihove uporabe širi.