Անօրգանական պոլիմերներ. օրինակներ և կիրառություններ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Բնության մեջ կան օրգանական տարրեր, օրգանական և անօրգանական պոլիմերներ։ Անօրգանական նյութերը ներառում են նյութեր, որոնց հիմնական շղթան անօրգանական է, իսկ կողային ճյուղերը ածխաջրածնային ռադիկալներ չեն։ Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի III-VI խմբերի տարրերն առավել հակված են անօրգանական ծագման պոլիմերների առաջացմանը։

Դասակարգում

Օրգանական և անօրգանական պոլիմերները ակտիվորեն ուսումնասիրվում են, որոշվում են դրանց նոր բնութագրերը, ուստի այդ նյութերի հստակ դասակարգումը դեռ չի մշակվել։ Այնուամենայնիվ, կարելի է առանձնացնել պոլիմերների որոշակի խմբեր։

Կախված կառուցվածքից՝

• գծային;
• բնակարան;
• ճյուղավորված;
• պոլիմերային ցանցեր;
• եռաչափ և այլն։

Կախված ողնաշարի ատոմներից, որոնք կազմում են պոլիմերը՝

• միասեռական տիպ (-M-)n – բաղկացած է մեկ տեսակի ատոմներից;
• հետերաշղթայի տեսակը(-M-L-)n - բաղկացած է տարբեր տեսակի ատոմներից:

Կախված ծագումից՝

• բնական;
• արհեստական.

Պինդ վիճակում գտնվող մակրոմոլեկուլները որպես անօրգանական պոլիմերներ դասակարգելու համար դրանք պետք է ունենան նաև տարածական կառուցվածքի որոշակի անիզոտրոպիա և համապատասխան հատկություններ։

Հիմնական հատկանիշներ

Ավելի տարածված են հետերոշղթայական պոլիմերները, որոնցում տեղի է ունենում էլեկտրադրական և էլեկտրաբացասական ատոմների փոփոխում, օրինակ՝ B և N, P և N, Si և O: Ստացեք հետերոշղթայական անօրգանական պոլիմերները (NP) կարող են օգտագործվել պոլիկոնդենսացիայի ռեակցիաների միջոցով: Օքսոանիոնների պոլիկոնդենսացիան արագանում է թթվային միջավայրում, իսկ հիդրատացված կատիոնների պոլիկոնդենսացիան՝ ալկալային միջավայրում։ Պոլիկոնդենսացիան կարող է իրականացվել ինչպես լուծույթում, այնպես էլ պինդ մարմիններում բարձր ջերմաստիճանի առկայության դեպքում:

Շատ հետերոշղթայական անօրգանական պոլիմերներ կարելի է ձեռք բերել միայն բարձր ջերմաստիճանի սինթեզի պայմաններում, օրինակ՝ ուղղակիորեն պարզ նյութերից։ Կարբիդների առաջացումը, որոնք պոլիմերային մարմիններ են, տեղի է ունենում, երբ որոշ օքսիդներ փոխազդում են ածխածնի հետ, ինչպես նաև բարձր ջերմաստիճանի առկայության դեպքում:

Երկար հոմաշղթաներ (պոլիմերացման աստիճանով n>100) կազմում են ածխածնի և VI խմբի p-տարրեր՝ ծծումբ, սելեն, թելուր։

Անօրգանական պոլիմերներ. օրինակներ և կիրառություններ

NP-ի առանձնահատկությունը կրթության մեջ էպոլիմերային բյուրեղային մարմիններ՝ մակրոմոլեկուլների կանոնավոր եռաչափ կառուցվածքով։ Քիմիական կապերի կոշտ շրջանակի առկայությունը նման միացություններին ապահովում է զգալի կարծրություն։

Այս հատկությունը հնարավորություն է տալիս օգտագործել անօրգանական պոլիմերները որպես հղկող նյութեր: Այս նյութերի օգտագործումը գտել է ամենալայն կիրառությունը արդյունաբերության մեջ։

NP-ի բացառիկ քիմիական և ջերմային դիմադրությունը նույնպես արժեքավոր հատկություն է: Օրինակ, օրգանական պոլիմերներից պատրաստված ամրապնդող մանրաթելերը կայուն են օդում մինչև 150-220 ˚C ջերմաստիճանում: Մինչդեռ բորի մանրաթելն ու դրա ածանցյալները մնում են կայուն մինչև 650 ˚С ջերմաստիճան: Այդ իսկ պատճառով անօրգանական պոլիմերները խոստումնալից են քիմիապես և ջերմակայուն նոր նյութեր ստեղծելու համար։

Գործնական արժեքն ունի նաև NP-ն, որն իր հատկություններով և՛ մոտ է օրգանականին, և՛ պահպանում է իրենց հատուկ հատկությունները: Դրանք ներառում են ֆոսֆատներ, պոլիֆոսֆազեններ, սիլիկատներ, ծծմբի պոլիմերային օքսիդներ տարբեր կողմնակի խմբերով:

Ածխածնի պոլիմերներ

Առաջադրանք. «Բերե՛ք անօրգանական պոլիմերների օրինակներ», որոնք հաճախ հանդիպում են քիմիայի դասագրքերում: Ցանկալի է դա իրականացնել ամենաակնառու NP-ի` ածխածնի ածանցյալների հիշատակմամբ: Ի վերջո, սա ներառում է յուրահատուկ հատկանիշներով նյութեր՝ ադամանդ, գրաֆիտ և կարաբին:

Կարբինը արհեստականորեն ստեղծված, քիչ ուսումնասիրված գծային պոլիմեր է՝ անգերազանցելի ամրության ցուցանիշներով, որոնք չեն զիջում, սակայն մի շարք ուսումնասիրությունների ևգերազանցում է գրաֆենին: Այնուամենայնիվ, կարաբինը առեղծվածային նյութ է: Ի վերջո, ոչ բոլոր գիտնականներն են ճանաչում դրա գոյությունը որպես անկախ նյութ։

Արտաքին տեսք ունի մետաղաբյուրեղային սև փոշի: Այն ունի կիսահաղորդչային հատկություններ: Լույսի ազդեցության տակ կարբինի էլեկտրական հաղորդունակությունը զգալիորեն մեծանում է։ Այն չի կորցնում այդ հատկությունները նույնիսկ մինչև 5000 ˚С ջերմաստիճանի դեպքում, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան այլ նյութերի համար: Նյութը ստացվել է 60-ականներին Վ. Վ. Կորշակ, Ա. Մ. Սլադկով, Վ. Ի. Կասատոչկինը և Յու. Պ. Կուդրյավցևը ացետիլենի կատալիտիկ օքսիդացումով: Ամենադժվարը ածխածնի ատոմների միջև կապերի տեսակը որոշելն էր։ Այնուհետև ԽՍՀՄ ԳԱ օրգանոէլեմենտների միացությունների ինստիտուտում ածխածնի ատոմների միջև միայն կրկնակի կապերով նյութ է ստացվել։ Նոր միացությունը ստացել է պոլիկումուլեն անվանումը։

Գրաֆիտ - այս նյութում պոլիմերների դասավորությունը տարածվում է միայն հարթության վրա: Նրա շերտերը կապված են ոչ թե քիմիական կապերով, այլ թույլ միջմոլեկուլային փոխազդեցությամբ, ուստի այն փոխանցում է ջերմություն և հոսանք և լույս չի փոխանցում։ Գրաֆիտը և նրա ածանցյալները բավականին տարածված անօրգանական պոլիմերներ են: Դրանց օգտագործման օրինակներ՝ մատիտներից մինչև միջուկային արդյունաբերություն։ Գրաֆիտի օքսիդացման միջոցով կարելի է ստանալ միջանկյալ օքսիդացման արտադրանք:

Ադամանդ - նրա հատկությունները սկզբունքորեն տարբեր են: Ադամանդը տարածական (եռաչափ) պոլիմեր է։ Ածխածնի բոլոր ատոմները միասին պահվում են ամուր կովալենտային կապերով: Քանի որ այս պոլիմերը չափազանց դիմացկուն է: Ալմաստը չի փոխանցում հոսանք և ջերմություն, ունի թափանցիկ կառուցվածք։

Բորի պոլիմերներ

Եթե ձեզ հարցնեն, թե ինչ անօրգանական պոլիմերներ գիտեք, ազատ զգալ պատասխանեք՝ բորի պոլիմերներ (-BR-): Սա NP-ների բավականին ընդարձակ դաս է, որը լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության և գիտության մեջ:

Բորի կարբիդ - նրա բանաձևն ավելի ճիշտ է թվում այսպես (B12C3) n. Նրա միավոր բջիջը ռոմբոեդրալ է։ Շրջանակը ձևավորվում է տասներկու կովալենտային կապով բորի ատոմներով: Իսկ դրա մեջտեղում երեք կովալենտային կապով ածխածնի ատոմների գծային խումբ է։ Արդյունքը շատ ամուր կառուցվածք է։

Բորիդներ - նրանց բյուրեղները ձևավորվում են վերը նկարագրված կարբիդի նման: Դրանցից ամենակայունը HfB2-ն է, որը հալվում է միայն 3250°C-ում: TaB2-ն աչքի է ընկնում ամենաբարձր քիմիական դիմադրությամբ. ոչ թթուները, ոչ դրանց խառնուրդները չեն գործում դրա վրա:

Բորի նիտրիդ - հաճախ կոչվում է սպիտակ տալկ իր նմանության համար: Այս նմանությունն իսկապես միայն մակերեսային է։ Կառուցվածքային առումով այն նման է գրաֆիտին։ Ստացեք այն՝ տաքացնելով բորը կամ նրա օքսիդը ամոնիակային մթնոլորտում։

Բորազոն

Էլբորը, բորազոնը, ցիբորիտը, քինգսոնգիտը, կուբոնիտը գերկարծր անօրգանական պոլիմերներ են։ Դրանց կիրառման օրինակներ՝ հղկման անիվների, հղկող նյութերի արտադրություն, մետաղի մշակում: Սրանք քիմիապես իներտ նյութեր են, որոնք հիմնված են բորի վրա: Կարծրությունը ավելի մոտ է, քան մյուս նյութերը ադամանդներին: Մասնավորապես, բորազոնը քերծվածքներ է թողնում ադամանդի վրա, վերջինս քերծվածքներ է թողնում նաև բորազոնի բյուրեղների վրա։

Սակայն այս ND-ն ունի մի քանի առավելություն բնական ադամանդների նկատմամբ.ջերմային դիմադրություն (դիմակայել մինչև 2000 ° C ջերմաստիճանին, ադամանդը ոչնչացվում է 700-800 ° C տեմպերով) և բարձր դիմադրություն մեխանիկական սթրեսին (դրանք այնքան էլ փխրուն չեն): Բորազոնը ստացվել է 1350 °C ջերմաստիճանում և 62000 մթնոլորտ ճնշման պայմաններում Ռոբերտ Վենտորֆի կողմից 1957 թվականին։ Նմանատիպ նյութեր ձեռք են բերվել Լենինգրադի գիտնականների կողմից 1963 թվականին։

Անօրգանական ծծմբի պոլիմերներ

Հոմոպոլիմեր - ծծմբի այս մոդիֆիկացիան ունի գծային մոլեկուլ: Նյութը կայուն չէ, ջերմաստիճանի տատանումներով այն բաժանվում է ութանիստ ցիկլերի։ Այն առաջանում է ծծմբի հալոցի կտրուկ սառեցման դեպքում։

Ծծմբի երկօքսիդի պոլիմերային ձևափոխում: Շատ նման է ասբեստի, ունի մանրաթելային կառուցվածք:

Սելենի պոլիմերներ

Գորշ սելենը պոլիմեր է, որը զուգահեռաբար բույն դրված է պարուրաձև գծային մակրոմոլեկուլներով: Շղթաներում սելենի ատոմները կապված են կովալենտային կապով, մինչդեռ մակրոմոլեկուլները կապված են մոլեկուլային կապերով։ Նույնիսկ հալած կամ լուծված սելենը չի տրոհվում առանձին ատոմների։

Կարմիր կամ ամորֆ սելենը նույնպես շղթայի պոլիմեր է, բայց մի փոքր դասավորված կառուցվածքով։ 70-90 ˚С ջերմաստիճանի միջակայքում այն ձեռք է բերում ռետինանման հատկություններ՝ վերածվելով բարձր առաձգական վիճակի, որը նման է օրգանական պոլիմերներին։

Սելենի կարբիդ կամ ռոք բյուրեղ: Ջերմային և քիմիապես կայուն, բավականաչափ ամուր տարածական բյուրեղյա: Պիեզոէլեկտրական և կիսահաղորդչային: Արհեստական պայմաններում այն ստացվել է քվարց ավազի և ածուխի արձագանքման միջոցով էլեկտրական վառարանում մոտ 2000 ° C ջերմաստիճանում:

Այլ սելենի պոլիմերներ.

• Մոնոկլինիկասելեն - ավելի կարգավորված, քան ամորֆ կարմիրը, բայց զիջում է մոխրագույնին:
• Սելենի երկօքսիդը կամ (SiO2)n-ը ցանցային եռաչափ պոլիմեր է։
• Ասբեստը թելքավոր կառուցվածքով սելենի օքսիդի պոլիմեր է:

Ֆոսֆորի պոլիմերներ

Ֆոսֆորի բազմաթիվ փոփոխություններ կան՝ սպիտակ, կարմիր, սև, շագանակագույն, մանուշակագույն: Կարմիր - NP նուրբ բյուրեղային կառուցվածք: Ստացվում է սպիտակ ֆոսֆոր առանց օդի տաքացնելով 2500 ˚С ջերմաստիճանում։ Սև ֆոսֆորը ստացվել է Պ. Բրիջմանի կողմից հետևյալ պայմաններում՝ ճնշում 200000 մթնոլորտ 200 °C ջերմաստիճանում։

Ֆոսֆորնիտրիդ քլորիդները ֆոսֆորի միացություններ են ազոտի և քլորի հետ: Այս նյութերի հատկությունները փոխվում են զանգվածի աճով։ Մասնավորապես նվազում է դրանց լուծելիությունը օրգանական նյութերում։ Երբ պոլիմերի մոլեկուլային քաշը հասնում է մի քանի հազար միավորի, առաջանում է ռետինե նյութ։ Սա միակ բավարար ջերմակայուն, առանց ածխածնի ռետինն է: Այն քայքայվում է միայն 350 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում։

Եզրակացություն

Անօրգանական պոլիմերները հիմնականում յուրահատուկ հատկանիշներով նյութեր են։ Դրանք օգտագործվում են արտադրության մեջ, շինարարության մեջ, նորարարական և նույնիսկ հեղափոխական նյութերի մշակման համար։ Քանի որ ուսումնասիրվում են հայտնի NP-ների հատկությունները և ստեղծվում են նորերը, դրանց կիրառման շրջանակն ընդլայնվում է: