Uorganiske polymerer: eksempler og anvendelser

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

I naturen er der organoelement, organiske og uorganiske polymerer. Uorganiske materialer omfatter materialer, hvis hovedkæde er uorganisk, og sidegrenene ikke er kulbrinteradikaler. Grundstoffer af III-VI-grupper i det periodiske system af kemiske grundstoffer er mest tilbøjelige til dannelsen af polymerer af uorganisk oprindelse.

Klassificering

Organiske og uorganiske polymerer studeres aktivt, deres nye egenskaber bestemmes, så en klar klassificering af disse materialer er endnu ikke udviklet. Der kan dog skelnes mellem visse grupper af polymerer.

Afhængig af struktur:

• lineær;
• flad;
• forgrenet;
• polymernet;
• tredimensionelle og andre.

Afhængig af rygradsatomerne, der udgør polymeren:

• homokædetype (-M-)n – består af én slags atomer;
• heterokædetype(-M-L-)n - består af forskellige typer atomer.

Afhænger af oprindelse:

• natural;
• kunstig.

For at klassificere stoffer, der er makromolekyler i fast tilstand, som uorganiske polymerer, skal de også have en vis anisotropi af den rumlige struktur og tilsvarende egenskaber.

Nøglefunktioner

Mere almindelige er heterokædepolymerer, hvori vekslen mellem elektropositive og elektronegative atomer forekommer, for eksempel B og N, P og N, Si og O. Få heterokæde uorganiske polymerer (NP) kan bruge polykondensationsreaktioner. Polykondensationen af oxoanioner accelereres i et surt medium, mens polykondensationen af hydratiserede kationer accelereres i et alkalisk medium. Polykondensation kan udføres både i opløsning og i faste stoffer i nærværelse af høj temperatur.

Mange heterokædede uorganiske polymerer kan kun opnås under betingelser med højtemperatursyntese, for eksempel direkte fra simple stoffer. Dannelsen af carbider, som er polymere legemer, sker, når visse oxider interagerer med kulstof, såvel som i nærvær af høj temperatur.

Lange homokæder (med polymerisationsgrad n>100) danner kulstof og gruppe VI p-elementer: svovl, selen, tellur.

Uorganiske polymerer: eksempler og anvendelser

Det specifikke ved NP ligger i uddannelsepolymere krystallinske legemer med en regulær tredimensionel struktur af makromolekyler. Tilstedeværelsen af en stiv ramme af kemiske bindinger giver sådanne forbindelser betydelig hårdhed.

Denne egenskab gør det muligt at bruge uorganiske polymerer som slibende materialer. Brugen af disse materialer har fundet den bredeste anvendelse i branchen.

NP's exceptionelle kemiske og termiske modstand er også en værdifuld egenskab. For eksempel er armeringsfibre fremstillet af organiske polymerer stabile i luft op til en temperatur på 150-220 ˚C. I mellemtiden forbliver borfibre og dets derivater stabile op til en temperatur på 650 ˚С. Derfor er uorganiske polymerer lovende til at skabe nye kemisk og varmebestandige materialer.

Praktisk værdi er også af NP, som både er tæt på organiske egenskaber og bevarer deres specifikke egenskaber. Disse omfatter fosfater, polyphosphazener, silikater, polymere svovloxider med forskellige sidegrupper.

Carbonpolymerer

Opgave: "Giv eksempler på uorganiske polymerer," som ofte findes i lærebøger i kemi. Det er tilrådeligt at udføre det med omtale af de mest fremragende NP - kulstofderivater. Dette inkluderer trods alt materialer med unikke egenskaber: diamanter, grafit og karabin.

Carbine er en kunstigt skabt, lidet undersøgt lineær polymer med uovertrufne styrkeindikatorer, der ikke er ringere, men ifølge en række undersøgelser ogbedre end grafen. Karabin er dog et mystisk stof. Det er trods alt ikke alle videnskabsmænd, der anerkender dets eksistens som et uafhængigt materiale.

Udvendigt ligner et metalkrystallinsk sort pulver. Det har halvlederegenskaber. Carbynes elektriske ledningsevne øges betydeligt under påvirkning af lys. Det mister ikke disse egenskaber selv ved temperaturer op til 5000 ˚С, hvilket er meget højere end for andre materialer til dette formål. Materialet blev modtaget i 60'erne af V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin og Yu. P. Kudryavtsev ved katalytisk oxidation af acetylen. Det sværeste var at bestemme typen af bindinger mellem kulstofatomer. Efterfølgende blev et stof med kun dobbeltbindinger mellem carbonatomer opnået ved Institute of Organoelement Compounds fra USSR Academy of Sciences. Den nye forbindelse fik navnet polycumulene.

Graphite - i dette materiale strækker polymerbestilling sig kun i planet. Dens lag er ikke forbundet med kemiske bindinger, men af svage intermolekylære interaktioner, så det leder varme og strøm og transmitterer ikke lys. Grafit og dets derivater er ret almindelige uorganiske polymerer. Eksempler på deres brug: fra blyanter til atomindustrien. Ved at oxidere grafit kan der opnås mellemliggende oxidationsprodukter.

Diamant - dens egenskaber er fundament alt forskellige. Diamant er en rumlig (tredimensionel) polymer. Alle kulstofatomer holdes sammen af stærke kovalente bindinger. Fordi denne polymer er ekstremt holdbar. Diamant leder ikke strøm og varme, har en gennemsigtig struktur.

borpolymerer

Hvis du bliver spurgt, hvilke uorganiske polymerer du kender, er du velkommen til at svare - borpolymerer (-BR-). Dette er en ret omfattende klasse af NP'er, der er meget udbredt i industri og videnskab.

Borcarbid - dens formel ser mere korrekt ud som denne (B12C3) n. Dens enhedscelle er romboedrisk. Rammen er dannet af tolv kovalent bundne boratomer. Og i midten af den er en lineær gruppe af tre kovalent bundne carbonatomer. Resultatet er en meget stærk struktur.

Borider - deres krystaller er dannet på samme måde som det ovenfor beskrevne carbid. Den mest stabile af disse er HfB2, som kun smelter ved 3250°C. TaB2 er kendt for den højeste kemiske resistens - hverken syrer eller deres blandinger virker på det.

Bornitrid - ofte omt alt som hvid talkum for dets lighed. Denne lighed er egentlig kun overfladisk. Strukturelt ligner det grafit. Få det ved at opvarme bor eller dets oxid i en ammoniakatmosfære.

Borazon

Elbor, borazon, cyborit, kingsongite, cubonite er superhårde uorganiske polymerer. Eksempler på deres anvendelse: fremstilling af slibeskiver, slibende materialer, metalbearbejdning. Det er kemisk inerte stoffer baseret på bor. Hårdhed er tættere på diamanter end andre materialer. Især borazon efterlader ridser på diamant, sidstnævnte efterlader også ridser på borazon krystaller.

Disse ND har dog flere fordele i forhold til naturlige diamanter: de har en størrevarmebestandighed (modstå temperaturer op til 2000 ° C, diamant ødelægges med hastigheder i intervallet 700-800 ° C) og høj modstand mod mekanisk stress (de er ikke så skrøbelige). Borazon blev opnået ved en temperatur på 1350 °C og et tryk på 62.000 atmosfærer af Robert Wentorf i 1957. Lignende materialer blev opnået af Leningrad-videnskabsmænd i 1963.

Uorganiske svovlpolymerer

Homopolymer - denne modifikation af svovl har et lineært molekyle. Stoffet er ikke stabilt, med temperatursvingninger bryder det op i oktaedriske cyklusser. Det dannes i tilfælde af en skarp afkøling af svovlsmelten.

Polymermodifikation af svovldioxid. Meget lig asbest, har en fibrøs struktur.

Seleniumpolymerer

Grå selen er en polymer med spiralformede lineære makromolekyler indlejret parallelt. I kæder er selenatomer kovalent bundet, mens makromolekyler er forbundet med molekylære bindinger. Selv smeltet eller opløst selen nedbrydes ikke til individuelle atomer.

Rød eller amorft selen er også en polymer af en kæde, men med en let ordnet struktur. I temperaturområdet 70-90 ˚С opnår den gummilignende egenskaber og bliver til en meget elastisk tilstand, der ligner organiske polymerer.

Selenkarbid eller bjergkrystal. Termisk og kemisk stabil, tilstrækkelig stærk rumlig krystal. Piezoelektrisk og halvleder. Under kunstige forhold blev det opnået ved at reagere kvartssand og kul i en elektrisk ovn ved en temperatur på omkring 2000 °C.

Andre selenpolymerer:

• Monoclinicselen - mere ordnet end amorf rød, men ringere end grå.
• Seleniumdioxid, eller (SiO2)n, er en tredimensionel netværkspolymer.
• Asbest er en polymer af selenoxid med en fibrøs struktur.

Phosphorpolymers

Der er mange modifikationer af fosfor: hvid, rød, sort, brun, lilla. Rød - NP finkrystallinsk struktur. Det opnås ved at opvarme hvidt fosfor uden luft ved en temperatur på 2500 ˚С. Sort phosphor blev opnået af P. Bridgman under følgende betingelser: tryk 200.000 atmosfærer ved en temperatur på 200 °C.

Fosfornitridchlorider er forbindelser af fosfor med nitrogen og klor. Disse stoffers egenskaber ændres med stigende masse. Deres opløselighed i organiske stoffer falder nemlig. Når polymerens molekylvægt når flere tusinde enheder, dannes et gummiagtigt stof. Det er den eneste tilstrækkeligt varmebestandige kulfri gummi. Det nedbrydes kun ved temperaturer over 350 °C.

Konklusion

Uorganiske polymerer er for det meste stoffer med unikke egenskaber. De bruges i produktion, i byggeri, til udvikling af innovative og endda revolutionerende materialer. Efterhånden som egenskaberne af kendte NP'er studeres, og nye skabes, udvides anvendelsesområdet for deres anvendelse.