Inorganic polymers: mga halimbawa at aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Sa kalikasan, mayroong organoelement, organic at inorganic na polimer. Kabilang sa mga inorganic na materyales ang mga materyales na ang pangunahing kadena ay hindi organiko, at ang mga sanga sa gilid ay hindi mga hydrocarbon radical. Ang mga elemento ng III-VI na pangkat ng periodic system ng mga elemento ng kemikal ay pinaka-prone sa pagbuo ng mga polymer na hindi organikong pinagmulan.

Pag-uuri

Organic at inorganic polymers ay aktibong pinag-aaralan, ang kanilang mga bagong katangian ay tinutukoy, kaya ang isang malinaw na pag-uuri ng mga materyales na ito ay hindi pa nabubuo. Gayunpaman, maaaring makilala ang ilang partikular na grupo ng polymer.

Depende sa istraktura:

• linear;
• flat;
• branched;
• polymer nets;
• three-dimensional at iba pa.

Depende sa mga backbone atoms na bumubuo sa polymer:

• uri ng homochain (-M-)n – binubuo ng isang uri ng mga atom;
• uri ng heterochain(-M-L-)n - binubuo ng iba't ibang uri ng atoms.

Depende sa pinanggalingan:

• natural;
• artipisyal.

Upang pag-uri-uriin ang mga substance na macromolecules sa solid state bilang inorganic polymers, dapat din silang magkaroon ng isang partikular na anisotropy ng spatial na istraktura at mga kaukulang katangian.

Mga Pangunahing Tampok

Mas karaniwan ay ang heterochain polymers, kung saan ang paghahalili ng mga electropositive at electronegative na atom ay nangyayari, halimbawa, B at N, P at N, Si at O. Kumuha ng heterochain inorganic polymers (NP) ay maaaring gamit ang polycondensation reactions. Ang polycondensation ng mga oxoanion ay pinabilis sa isang acidic medium, habang ang polycondensation ng hydrated cations ay pinabilis sa isang alkaline medium. Maaaring isagawa ang polycondensation sa solusyon at sa mga solido sa pagkakaroon ng mataas na temperatura.

Maraming heterochain inorganic polymers ay makukuha lang sa ilalim ng mga kondisyon ng high-temperature synthesis, halimbawa, direkta mula sa mga simpleng substance. Ang pagbuo ng mga carbide, na mga polymeric body, ay nangyayari kapag ang ilang mga oxide ay nakikipag-ugnayan sa carbon, gayundin sa pagkakaroon ng mataas na temperatura.

Mahahabang homochain chain (na may antas ng polymerization n>100) ay bumubuo ng carbon at group VI p-element: sulfur, selenium, tellurium.

Inorganic polymers: mga halimbawa at aplikasyon

Ang pagiging tiyak ng NP ay nakasalalay sa edukasyonpolymeric crystalline body na may regular na three-dimensional na istraktura ng macromolecules. Ang pagkakaroon ng matibay na balangkas ng mga bono ng kemikal ay nagbibigay ng mga naturang compound na may malaking katigasan.

Ang property na ito ay ginagawang posible na gumamit ng mga inorganikong polymer bilang mga abrasive na materyales. Ang paggamit ng mga materyales na ito ay natagpuan ang pinakamalawak na aplikasyon sa industriya.

Ang pambihirang chemical at thermal resistance ng NP ay isa ring mahalagang katangian. Halimbawa, ang mga reinforcing fibers na ginawa mula sa mga organikong polimer ay matatag sa hangin hanggang sa temperatura na 150-220 ˚C. Samantala, ang hibla ng boron at ang mga derivative nito ay nananatiling matatag hanggang sa temperatura na 650 ˚С. Iyon ang dahilan kung bakit nangangako ang mga inorganikong polymer para sa paglikha ng mga bagong materyal na kemikal at lumalaban sa init.

Ang praktikal na value ay NP din, na parehong malapit sa mga property sa organic, at pinapanatili ang mga partikular na katangian ng mga ito. Kabilang dito ang mga phosphate, polyphosphazenes, silicates, polymeric sulfur oxides na may iba't ibang side group.

Carbon polymers

Assignment: “Magbigay ng mga halimbawa ng inorganic polymers,” na kadalasang makikita sa mga textbook sa chemistry. Maipapayo na isakatuparan ito sa pagbanggit ng pinaka-natitirang NP - carbon derivatives. Pagkatapos ng lahat, kabilang dito ang mga materyales na may kakaibang katangian: diamante, grapayt at carbine.

Ang Carbine ay isang artipisyal na nilikha, maliit na pinag-aralan na linear polymer na may hindi maunahang mga indicator ng lakas na hindi mababa, ngunit ayon sa ilang mga pag-aaral athigit sa graphene. Gayunpaman, ang carbine ay isang mahiwagang sangkap. Pagkatapos ng lahat, hindi lahat ng mga siyentipiko ay kinikilala ang pagkakaroon nito bilang isang independiyenteng materyal.

Ang panlabas ay parang metal-crystalline na itim na pulbos. Mayroon itong mga katangian ng semiconductor. Ang electrical conductivity ng carbyne ay tumataas nang malaki sa ilalim ng pagkilos ng liwanag. Hindi nito nawawala ang mga katangiang ito kahit na sa mga temperatura hanggang sa 5000 ˚С, na mas mataas kaysa sa iba pang mga materyales para sa layuning ito. Ang materyal ay natanggap noong 60s ng V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin at Yu. P. Kudryavtsev sa pamamagitan ng catalytic oxidation ng acetylene. Ang pinakamahirap na bagay ay upang matukoy ang uri ng mga bono sa pagitan ng mga atomo ng carbon. Kasunod nito, ang isang sangkap na may dobleng mga bono lamang sa pagitan ng mga carbon atom ay nakuha sa Institute of Organoelement Compounds ng USSR Academy of Sciences. Ang bagong tambalan ay pinangalanang polycumulene.

Graphite - sa materyal na ito ang pag-order ng polymer ay umaabot lamang sa eroplano. Ang mga layer nito ay konektado hindi sa pamamagitan ng mga bono ng kemikal, ngunit sa pamamagitan ng mahinang intermolecular na pakikipag-ugnayan, kaya nagsasagawa ito ng init at kasalukuyang at hindi nagpapadala ng liwanag. Ang graphite at ang mga derivatives nito ay medyo karaniwang mga inorganikong polimer. Mga halimbawa ng kanilang paggamit: mula sa mga lapis hanggang sa industriya ng nukleyar. Sa pamamagitan ng pag-oxidize ng graphite, maaaring makuha ang mga intermediate oxidation na produkto.

Diamond - iba talaga ang mga katangian nito. Ang brilyante ay isang spatial (three-dimensional) na polimer. Ang lahat ng mga carbon atom ay pinagsasama-sama ng malakas na covalent bond. Dahil ang polimer na ito ay lubhang matibay. Ang brilyante ay hindi nagdadala ng agos at init, may transparent na istraktura.

Boron polymers

Kung tatanungin ka kung anong mga inorganic polymers ang alam mo, huwag mag-atubiling sumagot - boron polymers (-BR-). Ito ay isang medyo malawak na klase ng mga NP, malawakang ginagamit sa industriya at agham.

Boron carbide - mukhang mas tama ang formula nito tulad nito (B12C3) n. Ang unit cell nito ay rhombohedral. Ang balangkas ay nabuo sa pamamagitan ng labindalawang covalently bonded boron atoms. At sa gitna nito ay isang linear na grupo ng tatlong covalently bonded carbon atoms. Ang resulta ay isang napakalakas na istraktura.

Borides - ang kanilang mga kristal ay nabuo katulad ng inilarawan sa itaas na carbide. Ang pinaka-matatag sa mga ito ay HfB2, na natutunaw lamang sa 3250°C. Ang TaB2 ay kilala para sa pinakamataas na paglaban sa kemikal - alinman sa mga acid o kanilang mga pinaghalong hindi kumikilos dito.

Boron nitride - madalas na tinutukoy bilang puting talc para sa pagkakahawig nito. Ang pagkakatulad na ito ay talagang mababaw lamang. Sa istruktura, ito ay katulad ng grapayt. Kunin ito sa pamamagitan ng pagpainit ng boron o ang oxide nito sa isang ammonia atmosphere.

Borazon

Ang Elbor, borazone, cyborite, kingsongite, cubonite ay mga superhard inorganic polymer. Mga halimbawa ng kanilang aplikasyon: ang paggawa ng mga nakakagiling na gulong, nakasasakit na materyales, pagproseso ng metal. Ang mga ito ay chemically inert substance batay sa boron. Ang katigasan ay mas malapit kaysa sa iba pang mga materyales sa mga diamante. Sa partikular, ang borazon ay nag-iiwan ng mga gasgas sa brilyante, ang huli ay nag-iiwan din ng mga gasgas sa mga borazon na kristal.

Gayunpaman, ang ND na ito ay may ilang mga pakinabang kumpara sa mga natural na diamante: mayroon silang mas malakingpaglaban sa init (makatiis ng mga temperatura hanggang sa 2000 ° C, ang brilyante ay nawasak sa mga rate sa hanay na 700-800 ° C) at mataas na pagtutol sa mekanikal na stress (hindi sila masyadong marupok). Ang Borazon ay nakuha sa temperatura na 1350 °C at isang presyon ng 62,000 atmospheres ni Robert Wentorf noong 1957. Ang mga katulad na materyales ay nakuha ng mga siyentipiko ng Leningrad noong 1963.

Inorganic sulfur polymers

Homopolymer - ang pagbabagong ito ng sulfur ay may linear na molekula. Ang substansiya ay hindi matatag, na may mga pagbabagu-bago ng temperatura ay nahahati ito sa mga octahedral cycle. Ito ay nabuo sa kaso ng isang matalim na paglamig ng sulfur melt.

Polymer modification ng sulfur dioxide. Katulad na katulad ng asbestos, may fibrous na istraktura.

Selenium polymers

Ang Gray selenium ay isang polymer na may helical linear macromolecules na magkakapantay. Sa mga kadena, ang mga atomo ng selenium ay covalently bonded, habang ang mga macromolecule ay pinag-uugnay ng mga molecular bond. Kahit na ang natunaw o natunaw na selenium ay hindi nabubulok sa mga indibidwal na atomo.

Ang Red o amorphous selenium ay isa ring polymer ng isang chain, ngunit ng isang bahagyang ordered structure. Sa hanay ng temperatura na 70-90 ˚С, nakakakuha ito ng mga katangiang tulad ng goma, na nagiging isang mataas na nababanat na estado, na kahawig ng mga organikong polimer.

Selenium carbide, o rock crystal. Thermally at chemically stable, sapat na malakas na spatial crystal. Piezoelectric at semiconductor. Sa ilalim ng mga artipisyal na kondisyon, nakuha ito sa pamamagitan ng pag-react ng quartz sand at karbon sa isang electric furnace sa temperatura na humigit-kumulang 2000 ° C.

Iba pang Selenium Polymer:

• Monoklinikoselenium - mas ordered kaysa sa amorphous red, ngunit mas mababa sa gray.
• Ang Selenium dioxide, o (SiO2)n, ay isang three-dimensional na network polymer.
• Ang asbestos ay isang polymer ng selenium oxide na may fibrous na istraktura.

Phosphorus polymers

Maraming pagbabago ng phosphorus: puti, pula, itim, kayumanggi, lila. Pula - NP fine-crystalline na istraktura. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagpainit ng puting posporus na walang hangin sa temperatura na 2500 ˚С. Ang black phosphorus ay nakuha ni P. Bridgman sa ilalim ng mga sumusunod na kondisyon: pressure 200,000 atmospheres sa temperaturang 200 °C.

Ang Phosphornitride chlorides ay mga compound ng phosphorus na may nitrogen at chlorine. Ang mga katangian ng mga sangkap na ito ay nagbabago sa pagtaas ng masa. Lalo na, ang kanilang solubility sa mga organikong sangkap ay bumababa. Kapag ang molekular na bigat ng polimer ay umabot sa ilang libong mga yunit, isang rubbery substance ang nabuo. Ito ang tanging sapat na init-lumalaban na carbon-free na goma. Nasira lang ito sa mga temperaturang higit sa 350 °C.

Konklusyon

Ang Inorganic polymers ay kadalasang mga substance na may natatanging katangian. Ginagamit ang mga ito sa produksyon, sa konstruksyon, para sa pagbuo ng mga makabago at maging rebolusyonaryong materyales. Habang pinag-aaralan ang mga katangian ng mga kilalang NP at ginagawa ang mga bago, lumalawak ang saklaw ng kanilang aplikasyon.