Polimeri anorganici: exemple și aplicații

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

În natură, există polimeri organoelement, organici și anorganici. Materialele anorganice includ materiale a căror lanț principal este anorganic, iar ramurile laterale nu sunt radicali de hidrocarburi. Elementele din grupele III-VI ale sistemului periodic de elemente chimice sunt cele mai predispuse la formarea polimerilor de origine anorganică.

Clasificare

Polimerii organici și anorganici se studiază activ, se determină noile lor caracteristici, așa că încă nu a fost elaborată o clasificare clară a acestor materiale. Cu toate acestea, anumite grupuri de polimeri pot fi distinse.

În funcție de structură:

• liniar;
• plat;
• ramificat;
• plase polimerice;
• tridimensionale și altele.

În funcție de atomii de coloană vertebrală care alcătuiesc polimerul:

• tipul homochain (-M-)n – consta dintr-un fel de atomi;
• Tipul heterolanț(-M-L-)n - constau din diferite tipuri de atomi.

În funcție de origine:

• natural;
• artificial.

Pentru a clasifica substanțele care sunt macromolecule în stare solidă ca polimeri anorganici, acestea trebuie să aibă, de asemenea, o anumită anizotropie a structurii spațiale și proprietăți corespunzătoare.

Funcții cheie

Mai obișnuiți sunt polimerii heterolanțuri, în care are loc alternanța atomilor electropozitivi și electronegativi, de exemplu, B și N, P și N, Si și O. Obține polimerii anorganici heterolanți (NP) pot folosi reacții de policondensare. Policondensarea oxoanionilor este accelerată în mediu acid, în timp ce policondensarea cationilor hidratați este accelerată în mediu alcalin. Policondensarea poate fi realizată atât în soluție, cât și în solide, în prezența temperaturii ridicate.

Mulți polimeri anorganici heterolanți pot fi obținuți numai în condiții de sinteză la temperatură în altă, de exemplu, direct din substanțe simple. Formarea carburilor, care sunt corpuri polimerice, are loc atunci când anumiți oxizi interacționează cu carbonul, precum și în prezența temperaturii ridicate.

Catene lungi de omolanțuri (cu grad de polimerizare n>100) formează elemente p de carbon și grupa VI: sulf, seleniu, telur.

Polimeri anorganici: exemple și aplicații

Specificitatea NP constă în educațiecorpuri cristaline polimerice cu o structură tridimensională regulată de macromolecule. Prezența unui cadru rigid de legături chimice oferă acestor compuși o duritate semnificativă.

Această proprietate face posibilă utilizarea polimerilor anorganici ca materiale abrazive. Utilizarea acestor materiale a găsit cea mai largă aplicație în industrie.

Rezistența chimică și termică excepțională a NP este, de asemenea, o proprietate valoroasă. De exemplu, fibrele de armare realizate din polimeri organici sunt stabile în aer până la o temperatură de 150-220 ˚C. Între timp, fibra de bor și derivații săi rămân stabile până la o temperatură de 650 ˚С. De aceea, polimerii anorganici sunt promițători pentru crearea de noi materiale rezistente la căldură și chimic.

Valoarea practică este, de asemenea, a NP, care sunt ambele apropiate ca proprietăți de organice și își păstrează proprietățile specifice. Acestea includ fosfați, polifosfazeni, silicați, oxizi polimerici de sulf cu diferite grupe laterale.

Polimeri de carbon

Temă: „Dați exemple de polimeri anorganici”, des întâlniți în manualele de chimie. Este recomandabil să o efectuați cu mențiunea celor mai remarcabili derivați NP - carbon. La urma urmei, acestea includ materiale cu caracteristici unice: diamante, grafit și carabină.

Carbine este un polimer liniar creat artificial, puțin studiat, cu indicatori de rezistență de neegalat care nu sunt inferiori, dar conform unui număr de studii șisuperior grafenului. Cu toate acestea, carabina este o substanță misterioasă. La urma urmei, nu toți oamenii de știință îi recunosc existența ca un material independent.

În exterior arată ca o pulbere neagră metal-cristalină. Are proprietăți semiconductoare. Conductivitatea electrică a carbinei crește semnificativ sub acțiunea luminii. Nu își pierde aceste proprietăți chiar și la temperaturi de până la 5000 ˚С, ceea ce este mult mai mare decât pentru alte materiale cu acest scop. Materialul a fost primit în anii 60 de către V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin și Yu. P. Kudryavtsev prin oxidarea catalitică a acetilenei. Cel mai dificil lucru a fost determinarea tipului de legături dintre atomii de carbon. Ulterior, la Institutul de Compuși Organoelementali al Academiei de Științe a URSS a fost obținută o substanță cu doar duble legături între atomi de carbon. Noul compus a fost numit polycumulen.

Graphit - în acest material, ordinea polimerilor se extinde numai în plan. Straturile sale sunt conectate nu prin legături chimice, ci prin interacțiuni intermoleculare slabe, astfel încât conduce căldura și curentul și nu transmite lumină. Grafitul și derivații săi sunt polimeri anorganici destul de comuni. Exemple de utilizare a acestora: de la creioane la industria nucleară. Prin oxidarea grafitului se pot obține produse intermediare de oxidare.

Diamant - proprietățile sale sunt fundamental diferite. Diamantul este un polimer spațial (tridimensional). Toți atomii de carbon sunt ținuți împreună prin legături covalente puternice. Pentru că acest polimer este extrem de durabil. Diamantul nu conduce curentul și căldura, are o structură transparentă.

Polimeri de bor

Dacă sunteți întrebat ce polimeri anorganici cunoașteți, nu ezitați să răspundeți - polimeri de bor (-BR-). Aceasta este o clasă destul de extinsă de NP, utilizată pe scară largă în industrie și știință.

Carbură de bor - formula sa arată mai corectă astfel (B12C3) n. Celula sa unitară este romboedrică. Cadrul este format din doisprezece atomi de bor legați covalent. Și în mijlocul ei este un grup liniar de trei atomi de carbon legați covalent. Rezultatul este o structură foarte puternică.

Boruri - cristalele lor sunt formate în mod similar cu carbura descrisă mai sus. Cel mai stabil dintre acestea este HfB2, care se topește doar la 3250°C. TaB2 este remarcat pentru cea mai mare rezistență chimică - nici acizii, nici amestecurile lor nu acționează asupra acestuia.

Nitrură de bor - adesea denumită talc alb pentru asemănarea sa. Această asemănare este într-adevăr doar superficială. Din punct de vedere structural, este similar cu grafitul. Obțineți-l prin încălzirea borului sau oxidului acestuia într-o atmosferă de amoniac.

Borazon

Elbor, borazon, cyborit, kingsongite, cubonite sunt polimeri anorganici superduri. Exemple de aplicare a acestora: fabricarea roților de șlefuit, materiale abrazive, prelucrarea metalelor. Acestea sunt substanțe inerte din punct de vedere chimic pe bază de bor. Duritatea este mai apropiată decât alte materiale de diamante. În special, borazonul lasă zgârieturi pe diamant, acesta din urmă lasă și zgârieturi pe cristalele de borazon.

Totuși, aceste ND au mai multe avantaje față de diamantele naturale: au o mai marerezistență la căldură (rezistă la temperaturi de până la 2000 ° C, diamantul este distrus la rate în intervalul 700-800 ° C) și rezistență ridicată la stres mecanic (nu sunt atât de fragile). Borazon a fost obținut la o temperatură de 1350 °C și o presiune de 62.000 de atmosfere de Robert Wentorf în 1957. Materiale similare au fost obținute de oamenii de știință de la Leningrad în 1963.

Polimeri anorganici de sulf

Homopolimer - această modificare a sulfului are o moleculă liniară. Substanța nu este stabilă, cu fluctuații de temperatură se descompune în cicluri octaedrice. Se formează în cazul unei răciri puternice a topiturii de sulf.

Modificare polimerică a dioxidului de sulf. Foarte asemănător cu azbestul, are o structură fibroasă.

Polimeri de seleniu

Seleniul gri este un polimer cu macromolecule liniare elicoidale imbricate în paralel. În lanțuri, atomii de seleniu sunt legați covalent, în timp ce macromoleculele sunt legați prin legături moleculare. Nici măcar seleniul topit sau dizolvat nu se descompune în atomi individuali.

Seleniul roșu sau amorf este, de asemenea, un polimer al unui lanț, dar cu o structură ușor ordonată. În intervalul de temperatură de 70-90 ˚С, capătă proprietăți asemănătoare cauciucului, transformându-se într-o stare foarte elastică, care seamănă cu polimerii organici.

Carbură de seleniu sau cristal de stâncă. Stabil termic și chimic, cristal spațial suficient de puternic. Piezoelectrice și semiconductoare. În condiții artificiale, a fost obținut prin reacția nisipului de cuarț și cărbunelui într-un cuptor electric la o temperatură de aproximativ 2000 ° C.

Alți polimeri de seleniu:

• Monoclinicseleniu - mai ordonat decât roșul amorf, dar inferior griului.
• Dioxidul de seleniu, sau (SiO2)n, este un polimer de rețea tridimensional.
• Azbestul este un polimer de oxid de seleniu cu o structură fibroasă.

Polimeri de fosfor

Există multe modificări ale fosforului: alb, roșu, negru, maro, violet. Roșu - NP structură fin-cristalină. Se obține prin încălzirea fosforului alb fără aer la o temperatură de 2500 ˚С. Fosforul negru a fost obținut de P. Bridgman în următoarele condiții: presiune 200.000 atmosfere la o temperatură de 200 °C.

Clorurile de fosfornitrură sunt compuși ai fosforului cu azot și clor. Proprietățile acestor substanțe se modifică odată cu creșterea masei. Și anume, solubilitatea lor în substanțe organice scade. Când greutatea moleculară a polimerului atinge câteva mii de unități, se formează o substanță cauciucoasă. Este singurul cauciuc fără carbon suficient de rezistent la căldură. Se defectează numai la temperaturi peste 350 °C.

Concluzie

Polimerii anorganici sunt în mare parte substanțe cu caracteristici unice. Sunt folosite in productie, in constructii, pentru dezvoltarea de materiale inovatoare si chiar revolutionare. Pe măsură ce proprietățile NP cunoscute sunt studiate și sunt create altele noi, domeniul de aplicare al acestora se extinde.