İnorganik polimerler: örnekler ve uygulamalar

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Doğada organoelement, organik ve inorganik polimerler vardır. İnorganik malzemeler, ana zinciri inorganik olan ve yan dalları hidrokarbon radikalleri olmayan malzemeleri içerir. Periyodik kimyasal elementler sisteminin III-VI gruplarının elementleri, inorganik kökenli polimerlerin oluşumuna en yatkındır.

Sınıflandırma

Organik ve inorganik polimerler aktif olarak incelenmekte, yeni özellikleri belirlenmekte, dolayısıyla bu malzemelerin net bir sınıflandırması henüz geliştirilmemiştir. Bununla birlikte, belirli polimer grupları ayırt edilebilir.

Yapıya bağlı olarak:

• doğrusal;
• düz;
• dallı;
• polimer ağlar;
• üç boyutlu ve diğerleri.

Polimeri oluşturan omurga atomlarına bağlı olarak:

• homochain type (-M-)n – bir tür atomdan oluşur;
• heterozincir türü(-M-L-)n - farklı atom türlerinden oluşur.

Kökene bağlı olarak:

• doğal;
• yapay.

Katı halde makromolekül olan maddeleri inorganik polimerler olarak sınıflandırmak için, aynı zamanda uzaysal yapının belirli bir anizotropisine ve karşılık gelen özelliklere sahip olmaları gerekir.

Temel Özellikler

Daha yaygın olan, elektropozitif ve elektronegatif atomların değişiminin meydana geldiği heterozincir polimerleridir, örneğin, B ve N, P ve N, Si ve O. Heterochain inorganik polimerler (NP) polikondenzasyon reaksiyonlarını kullanabilir. Oksoanyonların polikondenzasyonu asidik ortamda hızlandırılırken, hidratlı katyonların polikondenzasyonu alkali ortamda hızlandırılır. Polikondenzasyon hem çözeltide hem de katılarda yüksek sıcaklık varlığında gerçekleştirilebilir.

Birçok heterozincir inorganik polimer, yalnızca yüksek sıcaklıkta sentez koşulları altında, örneğin doğrudan basit maddelerden elde edilebilir. Polimerik cisimler olan karbürlerin oluşumu, belirli oksitler karbon ile etkileşime girdiğinde ve ayrıca yüksek sıcaklık varlığında meydana gelir.

Uzun homozincir zincirleri (polimerizasyon derecesi n>100) karbon ve grup VI p-elementlerini oluşturur: kükürt, selenyum, tellür.

İnorganik polimerler: örnekler ve uygulamalar

NP'nin özgünlüğü eğitimde yatardüzenli bir üç boyutlu makromolekül yapısına sahip polimerik kristal gövdeler. Sert bir kimyasal bağ çerçevesinin varlığı, bu tür bileşiklere önemli sertlik sağlar.

Bu özellik, inorganik polimerlerin aşındırıcı malzemeler olarak kullanılmasını mümkün kılar. Bu malzemelerin kullanımı sektördeki en geniş uygulamayı bulmuştur.

NP'nin olağanüstü kimyasal ve termal direnci de değerli bir özelliktir. Örneğin, organik polimerlerden yapılan takviye edici lifler, 150-220 ˚C sıcaklığa kadar havada stabildir. Bu arada bor lifi ve türevleri 650 ˚С sıcaklığa kadar stabil kalır. Bu nedenle inorganik polimerler, kimyasal ve ısıya dayanıklı yeni malzemeler oluşturmak için umut vaat ediyor.

Pratik değeri de hem organik özelliklere yakın olan hem de spesifik özelliklerini koruyan NP'nindir. Bunlara fosfatlar, polifosfazenler, silikatlar, çeşitli yan gruplara sahip polimerik kükürt oksitler dahildir.

Karbon polimerleri

Ödev: Genellikle kimya ders kitaplarında bulunan “İnorganik polimerlere örnekler verin”. En seçkin NP - karbon türevlerinden bahsederek yapılması tavsiye edilir. Ne de olsa bu, benzersiz özelliklere sahip malzemeleri içerir: elmaslar, grafit ve karabina.

Karabina, düşük olmayan, ancak bir dizi çalışmaya ve araştırmaya göre eşsiz güç göstergelerine sahip, yapay olarak oluşturulmuş, az çalışılmış doğrusal bir polimerdir.grafenden üstündür. Ancak karabina gizemli bir maddedir. Sonuçta, tüm bilim adamları onun varlığını bağımsız bir malzeme olarak kabul etmiyor.

Dıştan metal-kristal siyah toz gibi görünüyor. Yarı iletken özelliklere sahiptir. Carbyne'nin elektriksel iletkenliği, ışığın etkisi altında önemli ölçüde artar. Bu amaca yönelik diğer malzemelerden çok daha yüksek olan 5000 ˚С'ye kadar olan sıcaklıklarda bile bu özelliklerini kaybetmez. Malzeme 60'larda V. V. Korshak, AM Sladkov, V. I. Kasatochkin ve Yu. P. Asetilenin katalitik oksidasyonu ile Kudryavtsev. En zor şey, karbon atomları arasındaki bağların türünü belirlemekti. Daha sonra, SSCB Bilimler Akademisi Organoelement Bileşikleri Enstitüsü'nde karbon atomları arasında sadece çift bağa sahip bir madde elde edildi. Yeni bileşiğe polikümülen adı verildi.

Grafit - bu malzemede polimer sıralaması yalnızca düzlemde uzanır. Katmanları kimyasal bağlarla değil, zayıf moleküller arası etkileşimlerle bağlanır, bu nedenle ısı ve akımı iletir ve ışığı iletmez. Grafit ve türevleri oldukça yaygın inorganik polimerlerdir. Kullanım örnekleri: kalemlerden nükleer endüstriye. Grafit oksitlenerek ara oksidasyon ürünleri elde edilebilir.

Elmas - özellikleri temelde farklıdır. Elmas, uzaysal (üç boyutlu) bir polimerdir. Tüm karbon atomları güçlü kovalent bağlarla bir arada tutulur. Çünkü bu polimer son derece dayanıklıdır. Elmas akımı ve ısıyı iletmez, şeffaf bir yapıya sahiptir.

Bor polimerleri

Hangi inorganik polimerleri bildiğiniz sorulursa, cevaplamaktan çekinmeyin - bor polimerleri (-BR-). Bu, endüstride ve bilimde yaygın olarak kullanılan oldukça kapsamlı bir NP sınıfıdır.

Bor karbür - formülü şu şekilde daha doğru görünüyor (B12C3) n. Birim hücresi eşkenar dörtgendir. Çerçeve, on iki kovalent bağlı bor atomundan oluşur. Ve bunun ortasında, kovalent olarak bağlı üç karbon atomundan oluşan doğrusal bir grup var. Sonuç çok güçlü bir yapıdır.

Boridler - kristalleri yukarıda açıklanan karbüre benzer şekilde oluşturulur. Bunların en kararlısı sadece 3250°C'de eriyen HfB2'dir. TaB2, en yüksek kimyasal direnç için not edilir - ne asitler ne de bunların karışımları ona etki etmez.

Bor nitrür - benzerliği nedeniyle genellikle beyaz talk olarak anılır. Bu benzerlik gerçekten sadece yüzeyseldir. Yapısal olarak grafite benzer. Amonyak atmosferinde bor veya oksitini ısıtarak elde edin.

Borazon

Elbor, borazone, cyborite, kingsongite, cubonite süper sert inorganik polimerlerdir. Uygulama örnekleri: taşlama taşları, aşındırıcı malzemeler, metal işleme. Bunlar bor bazlı kimyasal olarak inert maddelerdir. Sertlik diğer malzemelere göre elmasa daha yakındır. Özellikle borazon elmas üzerinde çizikler bırakır, ikincisi borazon kristallerinde de çizikler bırakır.

Ancak, bu ND'lerin doğal elmaslara göre çeşitli avantajları vardır:ısı direnci (2000 ° C'ye kadar olan sıcaklıklara dayanır, elmas 700-800 ° C aralığındaki oranlarda tahrip olur) ve mekanik strese karşı yüksek direnç (çok kırılgan değildirler). Borazon, 1957'de Robert Wentorf tarafından 1350 °C sıcaklıkta ve 62.000 atmosfer basınçta elde edildi. Benzer malzemeler 1963'te Leningrad bilim adamları tarafından elde edildi.

İnorganik kükürt polimerleri

Homopolimer - kükürtün bu modifikasyonu doğrusal bir moleküle sahiptir. Madde kararlı değildir, sıcaklık dalgalanmalarıyla oktahedral döngülere ayrılır. Kükürt eriyiğinin keskin bir şekilde soğuması durumunda oluşur.

Sülfür dioksitin polimer modifikasyonu. Asbeste çok benzer, lifli bir yapıya sahiptir.

Selenyum polimerleri

Gri selenyum, paralel olarak iç içe geçmiş sarmal doğrusal makromoleküllere sahip bir polimerdir. Zincirlerde, selenyum atomları kovalent olarak bağlanırken makromoleküller moleküler bağlarla bağlanır. Erimiş veya çözünmüş selenyum bile tek tek atomlara parçalanmaz.

Kırmızı veya amorf selenyum da bir zincir polimeridir, ancak biraz düzenli bir yapıya sahiptir. 70-90 ˚С sıcaklık aralığında, kauçuk benzeri özellikler kazanarak organik polimerlere benzeyen oldukça elastik bir duruma dönüşür.

Selenyum karbür veya kaya kristali. Termal ve kimyasal olarak kararlı, yeterince güçlü uzaysal kristal. Piezoelektrik ve yarı iletken. Yapay koşullar altında, kuvars kumu ve kömürün bir elektrikli fırında yaklaşık 2000 °C sıcaklıkta reaksiyona sokulmasıyla elde edilmiştir.

Diğer Selenyum Polimerleri:

• Monoklinikselenyum - amorf kırmızıdan daha düzenli, ancak griden daha düşük.
• Selenyum dioksit veya (SiO2)n, üç boyutlu bir ağ polimeridir.
• Asbest, lifli bir yapıya sahip bir selenyum oksit polimeridir.

Fosfor polimerleri

Fosforun birçok modifikasyonu vardır: beyaz, kırmızı, siyah, kahverengi, mor. Kırmızı - NP ince kristal yapı. 2500 ˚С sıcaklıkta havasız beyaz fosforun ısıtılmasıyla elde edilir. Siyah fosfor, aşağıdaki koşullar altında P. Bridgman tarafından elde edildi: 200 °C sıcaklıkta 200.000 atmosfer basınç.

Fosfornitrür klorürler, fosforun azot ve klor ile bileşikleridir. Bu maddelerin özellikleri artan kütle ile değişir. Yani organik maddelerdeki çözünürlükleri azalır. Polimerin moleküler ağırlığı birkaç bin birime ulaştığında kauçuksu bir madde oluşur. Yeterince ısıya dayanıklı karbon içermeyen tek kauçuktur. Yalnızca 350 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bozulur.

Sonuç

İnorganik polimerler çoğunlukla benzersiz özelliklere sahip maddelerdir. Üretimde, inşaatta, yenilikçi ve hatta devrim niteliğinde malzemelerin geliştirilmesi için kullanılırlar. Bilinen NP'lerin özellikleri incelenip yenileri oluşturuldukça uygulama alanları genişler.