Бейорганикалық полимерлер: мысалдар және қолдану

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Табиғатта органоэлемент, органикалық және бейорганикалық полимерлер бар. Бейорганикалық материалдарға негізгі тізбегі бейорганикалық, ал бүйірлік тармақтары көмірсутек радикалдары болып табылмайтын материалдар жатады. Химиялық элементтердің периодтық жүйесінің III-VI топтарының элементтері бейорганикалық текті полимерлердің түзілуіне барынша бейім.

Жіктеу

Органикалық және бейорганикалық полимерлер белсенді түрде зерттелуде, олардың жаңа сипаттамалары анықталуда, сондықтан бұл материалдардың нақты классификациясы әлі жасалмаған. Дегенмен, белгілі бір полимер топтарын ажыратуға болады.

Құрылымына байланысты:

• сызықты;
• жалпақ;
• тармақталған;
• полимерлі торлар;
• үшөлшемді және басқалар.

Полимерді құрайтын негізгі атомдарға байланысты:

• гомотізбек түрі (-M-)n – атомдардың бір түрінен тұрады;
• гетеротізбек түрі(-M-L-)n - әр түрлі атомдардан тұрады.

Шығу орнына байланысты:

• табиғи;
• жасанды.

Қатты күйдегі макромолекула болып табылатын заттарды бейорганикалық полимерлер қатарына жатқызу үшін олардың кеңістік құрылымының белгілі анизотропиясы және сәйкес қасиеттері болуы керек.

Негізгі мүмкіндіктер

Гетеротізбекті полимерлер жиі кездеседі, оларда электропозитивті және электртеріс атомдардың кезектесуі орын алады, мысалы, B және N, P және N, Si және O. Гетеротізбекті бейорганикалық полимерлерді (NP) поликонденсация реакцияларын қолдану арқылы алуға болады. Оксоаниондардың поликонденсациялануы қышқылдық ортада, ал гидратталған катиондардың поликонденсациялануы сілтілі ортада үдей түседі. Поликонденсацияны ерітіндіде де, қатты денеде де жоғары температура жағдайында жүргізуге болады.

Көптеген гетеротізбекті бейорганикалық полимерлерді жоғары температурада синтездеу жағдайында ғана алуға болады, мысалы, жай заттардан тікелей. Полимерлі денелер болып табылатын карбидтердің түзілуі кейбір оксидтер көміртекпен әрекеттескенде, сондай-ақ жоғары температура болған кезде болады.

Ұзын гомотізбекті тізбектер (полимерлену дәрежесі n>100) көміртегі мен VI топ p-элементтерін құрайды: күкірт, селен, теллур.

Бейорганикалық полимерлер: мысалдар және қолдану

ҰП ерекшелігі білімдемакромолекулалардың тұрақты үш өлшемді құрылымы бар полимерлі кристалды денелер. Химиялық байланыстардың қатты қаңқасының болуы мұндай қосылыстарға айтарлықтай қаттылық береді.

Бұл қасиет бейорганикалық полимерлерді абразивті материал ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл материалдарды қолдану өнеркәсіпте ең кең қолданыс тапты.

НП-ның ерекше химиялық және термиялық төзімділігі де құнды қасиет болып табылады. Мысалы, органикалық полимерлерден жасалған арматуралық талшықтар ауада 150-220 ˚C температураға дейін тұрақты болады. Сонымен қатар бор талшығы мен оның туындылары 650 ˚С температураға дейін тұрақты болып қалады. Сондықтан бейорганикалық полимерлер жаңа химиялық және ыстыққа төзімді материалдарды жасау үшін перспективалы.

Тәжірибелік құндылық сонымен қатар қасиеттері жағынан органикалыққа жақын және өзіндік қасиеттерін сақтайтын NP болып табылады. Оларға фосфаттар, полифосфазендер, силикаттар, әртүрлі жанама топтары бар полимерлі күкірт оксидтері жатады.

Көміртекті полимерлер

Тапсырма: Химия оқулықтарында жиі кездесетін «Бейорганикалық полимерлер мысалдарын келтір». Оны ең көрнекті NP – көміртегі туындыларын айта отырып жүргізген жөн. Өйткені, бұған бірегей сипаттамалары бар материалдар кіреді: гауһар тастар, графит және карабин.

Карбин – жасанды түрде жасалған, аз зерттелген сызықты полимер.графеннен жоғары. Дегенмен, карабин – жұмбақ зат. Өйткені, оның тәуелсіз материал ретінде барын барлық ғалымдар мойындай бермейді.

Сыртынан металл кристалды қара ұнтақ тәрізді. Оның жартылай өткізгіштік қасиеті бар. Жарық әсерінен карбиннің электр өткізгіштігі айтарлықтай артады. Ол 5000 ˚С-қа дейінгі температурада да бұл қасиеттерін жоғалтпайды, бұл осы мақсаттағы басқа материалдарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Материалды 60-жылдары В. В. Коршак, А. М. Сладков, В. И. Касаточкин мен Ю. П. Кудрявцев ацетиленді каталитикалық тотықтыру арқылы. Ең қиыны көміртегі атомдары арасындағы байланыстың түрін анықтау болды. Кейіннен КСРО ҒА-ның органикалық элементтер қосылыстары институтында көміртек атомдары арасында тек қос байланысы бар зат алынды. Жаңа қосылыс поликумулен деп аталды.

Графит - бұл материалда полимер реті тек жазықтықта таралады. Оның қабаттары химиялық байланыспен емес, әлсіз молекулааралық әсерлесу арқылы байланысқан, сондықтан ол жылу мен ток өткізеді, жарық өткізбейді. Графит және оның туындылары өте кең таралған бейорганикалық полимерлер. Оларды қолдану мысалдары: қарындаштардан атом өнеркәсібіне дейін. Графитті тотықтыру арқылы аралық тотығу өнімдерін алуға болады.

Гауһар - оның қасиеттері түбегейлі ерекшеленеді. Алмаз – кеңістіктік (үш өлшемді) полимер. Барлық көміртек атомдары күшті коваленттік байланыстар арқылы біріктірілген. Өйткені бұл полимер өте берік. Алмаз ток пен жылуды өткізбейді, мөлдір құрылымға ие.

Бор полимерлер

Егер сізден қандай бейорганикалық полимерлер туралы сұрақ қойылса, бор полимерлері (-BR-) деп жауап беріңіз. Бұл өнеркәсіпте және ғылымда кеңінен қолданылатын NP-дің жеткілікті кең класы.

Бор карбиді - оның формуласы дұрысырақ көрінеді (B12C3) n. Оның бірлік жасушасы ромбоэдрлік. Рамка он екі ковалентті байланысқан бор атомынан құралған. Ал оның ортасында ковалентті байланысқан үш көміртек атомының сызықтық тобы орналасқан. Нәтиже - өте күшті құрылым.

Боридтер - олардың кристалдары жоғарыда сипатталған карбидке ұқсас түзілген. Олардың ең тұрақтысы HfB2, ол тек 3250°С-та балқиды. TaB2 ең жоғары химиялық төзімділікпен ерекшеленеді - оған қышқылдар да, олардың қоспалары да әсер етпейді.

Бор нитриді - ұқсастығы үшін жиі ақ тальк деп аталады. Бұл ұқсастық шын мәнінде тек үстірт. Құрылымы жағынан ол графитке ұқсайды. Оны аммиак атмосферасында борды немесе оның оксидін қыздыру арқылы алыңыз.

Боразон

Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит аса қатты бейорганикалық полимерлер. Оларды қолдану мысалдары: тегістеу дөңгелектерін, абразивті материалдарды өндіру, металды өңдеу. Бұл бор негізіндегі химиялық инертті заттар. Қаттылық басқа материалдарға қарағанда гауһарға жақын. Атап айтқанда, боразон алмазда сызаттар қалдырады, екіншісі боразон кристалдарында да сызаттар қалдырады.

Алайда бұл ND табиғи гауһарға қарағанда бірнеше артықшылықтарға ие: оларда үлкенірекыстыққа төзімділік (2000 ° C-қа дейінгі температураға төтеп беру, гауһар 700-800 ° C диапазонында жылдамдықпен жойылады) және механикалық кернеуге жоғары қарсылық (олар соншалықты нәзік емес). Боразонды 1957 жылы Роберт Венторф 1350 °C температурада және 62 000 атмосфера қысымында алды. Ұқсас материалдарды 1963 жылы Ленинград ғалымдары алған.

Бейорганикалық күкірт полимерлер

Гомополимер - күкірттің бұл модификациясы сызықты молекулаға ие. Зат тұрақты емес, температураның ауытқуымен октаэдрлік циклдерге ыдырайды. Ол күкірт балқымасының күрт суыған жағдайда түзіледі.

Күкірт диоксидінің полимерлі модификациясы. Асбестке өте ұқсас, құрылымы талшықты.

Селений полимерлер

Сұр селен – параллель орналасқан бұрандалы сызықты макромолекулалары бар полимер. Тізбектерде селен атомдары ковалентті, ал макромолекулалар молекулалық байланыстар арқылы байланысқан. Тіпті балқыған немесе ерітілген селен жеке атомдарға ыдырамайды.

Қызыл немесе аморфты селен де тізбектің полимері, бірақ құрылымы сәл реттелген. 70-90 ˚С температура диапазонында ол резеңке тәрізді қасиеттерге ие болады, органикалық полимерлерге ұқсайтын жоғары серпімді күйге айналады.

Селений карбиді немесе рок кристалы. Термиялық және химиялық тұрақты, жеткілікті күшті кеңістіктік кристал. Пьезоэлектрлік және жартылай өткізгіш. Жасанды жағдайларда ол кварц құмы мен көмірді электр пешінде шамамен 2000 ° C температурада әрекеттестіру арқылы алынды.

Басқа селен полимерлер:

• Моноклиникаселен - аморфты қызылға қарағанда реттелген, бірақ сұрдан төмен.
• Селений диоксиді немесе (SiO2)n - үш өлшемді желілік полимер.
• Асбест – талшықты құрылымы бар селен оксидінің полимері.

Фосфор полимерлер

Фосфордың көптеген модификациялары бар: ақ, қызыл, қара, қоңыр, күлгін. Қызыл - NP жұқа кристалды құрылымы. Ол ақ фосфорды ауасыз 2500 ˚С температурада қыздыру арқылы алынады. Қара фосфорды П. Бридгман келесі жағдайларда алды: қысым 200 000 атмосфера 200 °C температурада.

Фосфорнитрид хлоридтері – фосфордың азотпен және хлормен қосылыстары. Бұл заттардың қасиеттері массасы артқан сайын өзгереді. Атап айтқанда, олардың органикалық заттарда ерігіштігі төмендейді. Полимердің молекулалық массасы бірнеше мың бірлікке жеткенде резеңке тәрізді зат түзіледі. Бұл жеткілікті ыстыққа төзімді көміртегі жоқ резеңке. Ол тек 350 °C жоғары температурада бұзылады.

Қорытынды

Бейорганикалық полимерлер негізінен бірегей сипаттамалары бар заттар болып табылады. Олар өндірісте, құрылыста, инновациялық және тіпті революциялық материалдарды әзірлеу үшін қолданылады. Белгілі NP қасиеттері зерттеліп, жаңалары жасалған сайын олардың қолдану аясы кеңейеді.