Неорганични полимери: примери и приложения

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

В природата съществуват органоелементни, органични и неорганични полимери. Неорганичните материали включват материали, чиято основна верига е неорганична, а страничните разклонения не са въглеводородни радикали. Елементите от III-VI групи от периодичната система от химични елементи са най-податливи на образуване на полимери от неорганичен произход.

Класификация

Органичните и неорганичните полимери се изучават активно, определят се новите им характеристики, така че все още не е разработена ясна класификация на тези материали. Въпреки това, някои групи полимери могат да бъдат разграничени.

В зависимост от структурата:

• линейно;
• плоска;
• разклонено;
• полимерни мрежи;
• триизмерни и други.

В зависимост от гръбначните атоми, които изграждат полимера:

• тип хомоверига (-M-)n – състоят се от един вид атоми;
• тип хетероверига(-M-L-)n - се състои от различни видове атоми.

В зависимост от произхода:

• естествено;
• изкуствен.

За да се класифицират веществата, които са макромолекули в твърдо състояние като неорганични полимери, те също трябва да имат известна анизотропия на пространствената структура и съответните свойства.

Основни характеристики

По-често срещани са хетероверижните полимери, в които се случва редуване на електроположителни и електроотрицателни атоми, например B и N, P и N, Si и O. Получаването на хетероверижни неорганични полимери (NP) може да се използва чрез реакции на поликондензация. Поликондензацията на оксоаниони се ускорява в кисела среда, докато поликондензацията на хидратирани катиони се ускорява в алкална среда. Поликондензацията може да се извърши както в разтвор, така и в твърди вещества при наличие на висока температура.

Много хетероверижни неорганични полимери могат да бъдат получени само при условия на високотемпературен синтез, например директно от прости вещества. Образуването на карбиди, които са полимерни тела, се случва, когато определени оксиди взаимодействат с въглерода, както и при наличие на висока температура.

Дългите хомоверижни вериги (със степен на полимеризация n>100) образуват въглерод и р-елементи от група VI: сяра, селен, телур.

Неорганични полимери: примери и приложения

Спецификата на НП се крие в образованиетополимерни кристални тела с правилна триизмерна структура от макромолекули. Наличието на твърда рамка от химични връзки осигурява на такива съединения значителна твърдост.

Това свойство прави възможно използването на неорганични полимери като абразивни материали. Използването на тези материали е намерило най-широко приложение в индустрията.

Изключителната химическа и термична устойчивост на NP също е ценно свойство. Например, подсилващите влакна, направени от органични полимери, са стабилни на въздух до температура от 150-220 ˚C. Междувременно борните влакна и неговите производни остават стабилни до температура от 650 ˚С. Ето защо неорганичните полимери са обещаващи за създаване на нови химически и топлоустойчиви материали.

Практическата стойност също е на NP, които са както близки по свойства до органичните, така и запазват специфичните си свойства. Те включват фосфати, полифосфазени, силикати, полимерни серни оксиди с различни странични групи.

Въглеродни полимери

Задание: „Дайте примери за неорганични полимери“, често срещани в учебниците по химия. Препоръчително е да се извърши със споменаването на най-забележителните NP - въглеродни производни. В крайна сметка това включва материали с уникални характеристики: диаманти, графит и карабини.

Carbine е изкуствено създаден, малко проучен линеен полимер с ненадминати показатели за здравина, които не са по-ниски, но според редица проучвания ипревъзхожда графена. Карабината обаче е мистериозна субстанция. В крайна сметка, не всички учени признават съществуването му като независим материал.

Външно изглежда като метално-кристален черен прах. Има полупроводникови свойства. Електрическата проводимост на карбина се увеличава значително под действието на светлината. Той не губи тези свойства дори при температури до 5000 ˚С, което е много по-високо, отколкото при други материали с тази цел. Материалът е получен през 60-те години от V. V. Коршак, А. М. Сладков, В. И. Касаточкин и Ю. П. Кудрявцев чрез каталитично окисление на ацетилен. Най-трудното беше да се определи вида на връзките между въглеродните атоми. Впоследствие в Института по органоелементни съединения на Академията на науките на СССР е получено вещество само с двойни връзки между въглеродните атоми. Новото съединение беше наречено поликумулен.

Графит - в този материал подреждането на полимерите се простира само в равнината. Неговите слоеве са свързани не с химически връзки, а със слаби междумолекулни взаимодействия, така че провежда топлина и ток и не пропуска светлина. Графитът и неговите производни са доста често срещани неорганични полимери. Примери за тяхното използване: от моливи до ядрената индустрия. Чрез окисление на графит могат да се получат междинни окислителни продукти.

Диамант - неговите свойства са коренно различни. Диамантът е пространствен (триизмерен) полимер. Всички въглеродни атоми се държат заедно чрез силни ковалентни връзки. Тъй като този полимер е изключително издръжлив. Диамантът не провежда ток и топлина, има прозрачна структура.

Борни полимери

Ако ви попитат какви неорганични полимери познавате, не се колебайте да отговорите - борни полимери (-BR-). Това е доста обширен клас НП, широко използвани в индустрията и науката.

Борен карбид - формулата му изглежда по-правилна така (B12C3) n. Неговата елементарна клетка е ромбоедрична. Рамката е образувана от дванадесет ковалентно свързани борни атома. А в средата му има линейна група от три ковалентно свързани въглеродни атома. Резултатът е много здрава структура.

Бориди - техните кристали се образуват подобно на гореописания карбид. Най-стабилният от тях е HfB2, който се топи само при 3250°C. TaB2 се отличава с най-висока химическа устойчивост - нито киселините, нито техните смеси действат върху него.

Борен нитрид - често наричан бял талк заради неговата прилика. Тази прилика наистина е само повърхностна. Структурно той е подобен на графита. Получете го чрез нагряване на бор или неговия оксид в амонячна атмосфера.

Borazon

Елбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит са свръхтвърди неорганични полимери. Примери за тяхното приложение: производство на шлифовъчни колела, абразивни материали, обработка на метали. Това са химически инертни вещества на основата на бор. Твърдостта е по-близка от други материали до диамантите. По-специално боразонът оставя драскотини върху диаманта, последният също оставя драскотини върху кристалите на боразон.

Въпреки това, тези ND имат няколко предимства пред естествените диаманти: те имат по-голямоустойчивост на топлина (издържат на температури до 2000 ° C, диамантът се разрушава със скорост от порядъка на 700-800 ° C) и висока устойчивост на механично натоварване (те не са толкова крехки). Боразонът е получен при температура от 1350 °C и налягане от 62 000 атмосфери от Робърт Венторф през 1957 г. Подобни материали са получени от ленинградски учени през 1963 г.

Неорганични серни полимери

Хомополимер - тази модификация на сярата има линейна молекула. Веществото не е стабилно, при температурни колебания се разпада на октаедрични цикли. Образува се при рязко охлаждане на стопилката на сярата.

Полимерна модификация на серен диоксид. Много подобен на азбеста, има влакнеста структура.

Селенови полимери

Сивият селен е полимер със спираловидни линейни макромолекули, вложени в паралел. Във веригите атомите на селена са ковалентно свързани, докато макромолекулите са свързани с молекулярни връзки. Дори стопеният или разтворен селен не се разпада на отделни атоми.

Червеният или аморфен селен също е полимер на верига, но с леко подредена структура. В температурния диапазон 70-90 ˚С придобива свойства, подобни на каучук, преминавайки във високоеластично състояние, което наподобява органични полимери.

Селенов карбид или скален кристал. Термично и химически стабилен, достатъчно здрав пространствен кристал. Пиезоелектрик и полупроводник. При изкуствени условия се получава чрез взаимодействие на кварцов пясък и въглища в електрическа пещ при температура от около 2000 ° C.

Други селенови полимери:

• Моноклиникаселен - по-подреден от аморфно червено, но по-нисък от сивото.
• Селеновият диоксид или (SiO2)n е триизмерен мрежов полимер.
• Азбестът е полимер на селенов оксид с влакнеста структура.

Фосфорни полимери

Има много модификации на фосфора: бяло, червено, черно, кафяво, лилаво. Червено - NP финокристална структура. Получава се чрез нагряване на бял фосфор без въздух при температура 2500 ˚С. Черният фосфор е получен от П. Бриджман при следните условия: налягане 200 000 атмосфери при температура 200 °C.

Фосфорнитридните хлориди са съединения на фосфора с азот и хлор. Свойствата на тези вещества се променят с увеличаване на масата. А именно, тяхната разтворимост в органични вещества намалява. Когато молекулното тегло на полимера достигне няколко хиляди единици, се образува каучуково вещество. Това е единствената достатъчно устойчива на топлина гума без въглерод. Разгражда се само при температури над 350 °C.

Заключение

Неорганичните полимери са предимно вещества с уникални характеристики. Използват се в производството, в строителството, за разработване на иновативни и дори революционни материали. Тъй като свойствата на известни NP се изучават и се създават нови, обхватът на тяхното приложение се разширява.