Oorganiska polymerer: exempel och tillämpningar

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

I naturen finns det organiska element, organiska och oorganiska polymerer. Oorganiska material inkluderar material vars huvudkedja är oorganisk, och sidogrenarna inte är kolväteradikaler. Element av III-VI-grupper i det periodiska systemet av kemiska grundämnen är mest benägna att bilda polymerer av oorganiskt ursprung.

Klassificering

Organiska och oorganiska polymerer studeras aktivt, deras nya egenskaper bestäms, så en tydlig klassificering av dessa material har ännu inte utvecklats. Vissa grupper av polymerer kan dock särskiljas.

Beroende på struktur:

• linjär;
• platt;
• branched;
• polymernät;
• tredimensionell och andra.

Beroende på ryggradsatomerna som utgör polymeren:

• homokedjetyp (-M-)n – består av en sorts atomer;
• heterokedjetyp(-M-L-)n - består av olika typer av atomer.

Beroende på ursprung:

• natural;
• artificiell.

För att klassificera ämnen som är makromolekyler i fast tillstånd som oorganiska polymerer måste de också ha en viss anisotropi av den rumsliga strukturen och motsvarande egenskaper.

nyckelfunktioner

Vanligare är heterokedjepolymerer, där växling av elektropositiva och elektronegativa atomer sker, till exempel B och N, P och N, Si och O. Get heterochain oorganiska polymerer (NP) kan använda polykondensationsreaktioner. Polykondensationen av oxoanjoner accelereras i ett surt medium, medan polykondensationen av hydratiserade katjoner accelereras i ett alkaliskt medium. Polykondensation kan utföras både i lösning och i fasta ämnen i närvaro av hög temperatur.

Många oorganiska polymerer med heterokedjor kan endast erhållas under förhållanden med högtemperatursyntes, till exempel direkt från enkla ämnen. Bildningen av karbider, som är polymera kroppar, sker när vissa oxider interagerar med kol, såväl som i närvaro av hög temperatur.

Långa homokedjekedjor (med polymerisationsgrad n>100) bildar kol och grupp VI p-element: svavel, selen, tellur.

Oorganiska polymerer: exempel och tillämpningar

Det specifika med NP ligger i utbildningpolymera kristallina kroppar med en regelbunden tredimensionell struktur av makromolekyler. Närvaron av ett styvt ramverk av kemiska bindningar ger sådana föreningar betydande hårdhet.

Denna egenskap gör det möjligt att använda oorganiska polymerer som slipmaterial. Användningen av dessa material har fått den bredaste tillämpningen i branschen.

NPs exceptionella kemiska och termiska beständighet är också en värdefull egenskap. Till exempel är armeringsfibrer gjorda av organiska polymerer stabila i luft upp till en temperatur på 150-220 ˚C. Under tiden förblir borfiber och dess derivat stabila upp till en temperatur på 650 ˚С. Det är därför oorganiska polymerer är lovande för att skapa nya kemiskt och värmebeständiga material.

Praktiskt värde är också av NP, som både i egenskaper är nära organiskt och behåller sina specifika egenskaper. Dessa inkluderar fosfater, polyfosfazener, silikater, polymera svaveloxider med olika sidogrupper.

Kolpolymerer

Uppgift: "Ge exempel på oorganiska polymerer", som ofta finns i läroböcker i kemi. Det är tillrådligt att utföra det med omnämnandet av de mest framstående NP - kolderivaten. Detta inkluderar trots allt material med unika egenskaper: diamanter, grafit och karbin.

Carbine är en artificiellt skapad, föga studerad linjär polymer med oöverträffade hållfasthetsindikatorer som inte är sämre, men enligt ett antal studier ochöverlägsen grafen. Karbin är dock ett mystiskt ämne. Det är trots allt inte alla vetenskapsmän som erkänner dess existens som ett oberoende material.

Ser utåt ut som ett metallkristallint svartkrut. Den har halvledaregenskaper. Den elektriska ledningsförmågan hos karbyn ökar avsevärt under inverkan av ljus. Det förlorar inte dessa egenskaper även vid temperaturer upp till 5000 ˚С, vilket är mycket högre än för andra material för detta ändamål. Materialet togs emot på 60-talet av V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin och Yu. P. Kudryavtsev genom katalytisk oxidation av acetylen. Det svåraste var att bestämma typen av bindningar mellan kolatomer. Därefter erhölls ett ämne med endast dubbelbindningar mellan kolatomer vid Institute of Organoelement Compounds vid USSR Academy of Sciences. Den nya substansen fick namnet polycumulene.

Grafit - i detta material sträcker sig polymerbeställning endast i planet. Dess lager är inte förbundna med kemiska bindningar, utan genom svaga intermolekylära interaktioner, så det leder värme och ström och släpper inte igenom ljus. Grafit och dess derivat är ganska vanliga oorganiska polymerer. Exempel på deras användning: från pennor till kärnkraftsindustrin. Genom att oxidera grafit kan mellanliggande oxidationsprodukter erhållas.

Diamant – dess egenskaper är fundament alt annorlunda. Diamant är en rumslig (tredimensionell) polymer. Alla kolatomer hålls samman av starka kovalenta bindningar. Eftersom denna polymer är extremt hållbar. Diamant leder inte ström och värme, har en transparent struktur.

borpolymerer

Om du får frågan om vilka oorganiska polymerer du känner till, svara gärna - borpolymerer (-BR-). Detta är en ganska omfattande klass av NP:er som används i stor utsträckning inom industri och vetenskap.

Borkarbid - dess formel ser mer korrekt ut så här (B12C3) n. Dess enhetscell är romboedrisk. Ramverket bildas av tolv kovalent bundna boratomer. Och i mitten av den finns en linjär grupp av tre kovalent bundna kolatomer. Resultatet är en mycket stark struktur.

Borider - deras kristaller bildas på liknande sätt som den ovan beskrivna karbiden. Den mest stabila av dessa är HfB2, som smälter endast vid 3250°C. TaB2 är känt för den högsta kemiska resistensen - varken syror eller deras blandningar påverkar det.

Bornitrid - kallas ofta vit talk för dess likhet. Denna likhet är egentligen bara ytlig. Strukturellt liknar det grafit. Få det genom att värma bor eller dess oxid i ammoniakatmosfär.

Borazon

Elbor, borazon, cyborit, kingsongite, cubonite är superhårda oorganiska polymerer. Exempel på deras tillämpning: tillverkning av slipskivor, slipande material, metallbearbetning. Dessa är kemiskt inerta ämnen baserade på bor. Hårdheten är närmare diamanter än andra material. Borazon lämnar i synnerhet repor på diamant, den senare lämnar även repor på borazonkristaller.

Men dessa ND har flera fördelar jämfört med naturliga diamanter: de har en störrevärmebeständighet (tål temperaturer upp till 2000 ° C, diamant förstörs med hastigheter i intervallet 700-800 ° C) och hög motståndskraft mot mekanisk stress (de är inte så ömtåliga). Borazon erhölls vid en temperatur på 1350 °C och ett tryck på 62 000 atmosfärer av Robert Wentorf 1957. Liknande material erhölls av Leningrad-forskare 1963.

Oorganiska svavelpolymerer

Homopolymer - denna modifiering av svavel har en linjär molekyl. Ämnet är inte stabilt, med temperaturfluktuationer bryts det upp i oktaedriska cykler. Det bildas vid en kraftig nedkylning av svavelsmältan.

Polymermodifiering av svaveldioxid. Mycket lik asbest, har en fibrös struktur.

Seleniumpolymerer

Grå selen är en polymer med spiralformade linjära makromolekyler kapslade parallellt. I kedjor är selenatomer kovalent bundna, medan makromolekyler är sammanlänkade med molekylära bindningar. Inte ens smält eller löst selen bryts ner till enskilda atomer.

Rött eller amorft selen är också en polymer av en kedja, men med en lätt ordnad struktur. I temperaturintervallet 70-90 ˚С får den gummiliknande egenskaper och övergår till ett mycket elastiskt tillstånd, som liknar organiska polymerer.

Selenkarbid eller bergkristall. Termiskt och kemiskt stabil, tillräckligt stark rumslig kristall. Piezoelektrisk och halvledare. Under konstgjorda förhållanden erhölls det genom att reagera kvartssand och kol i en elektrisk ugn vid en temperatur av cirka 2000 °C.

Andra selenpolymerer:

• Monoclinicselen - mer ordnat än amorft rött, men sämre än grått.
• Selendioxid, eller (SiO2)n, är en tredimensionell nätverkspolymer.
• Asbest är en polymer av selenoxid med en fibrös struktur.

Fosforpolymerer

Det finns många modifieringar av fosfor: vit, röd, svart, brun, lila. Röd - NP finkristallin struktur. Det erhålls genom att värma vit fosfor utan luft vid en temperatur på 2500 ˚С. Svart fosfor erhölls av P. Bridgman under följande förhållanden: tryck 200 000 atmosfärer vid en temperatur av 200 °C.

Fosfornitridklorider är föreningar av fosfor med kväve och klor. Dessa ämnens egenskaper förändras med ökande massa. Deras löslighet i organiska ämnen minskar nämligen. När polymerens molekylvikt når flera tusen enheter bildas en gummiartad substans. Det är det enda tillräckligt värmebeständiga kolfria gummit. Det går bara sönder vid temperaturer över 350 °C.

Slutsats

Oorganiska polymerer är mestadels ämnen med unika egenskaper. De används i produktion, i konstruktion, för utveckling av innovativa och till och med revolutionerande material. När egenskaperna hos kända NP:er studeras och nya skapas, utökas tillämpningsområdet för deras tillämpning.