Неарганічныя палімеры: прыклады і вобласці прымянення

У прыродзе існуюць элементоорганические, арганічныя і неарганічныя палімеры. Да неарганічным адносяць матэрыялы, галоўная ланцуг якіх неарганічная, а бакавыя адгалінаванні не з'яўляюцца вуглевадароднымі радыкаламі. Да фарміраванні палімераў неарганічнага паходжання найбольш схільныя элементы III-VI груп перыядычнай сістэмы хімічных элементаў.

класіфікацыя

Арганічныя і неарганічныя палімеры актыўна даследуюцца, вызначаюцца іх новыя характарыстыкі, таму выразнай класіфікацыі гэтых матэрыялаў яшчэ не выпрацавана. Зрэшты, можна вылучыць пэўныя групы палімераў.

У залежнасці ад структуры:

• лінейныя;
• плоскія;
• разгалінаваныя;
• палімерныя сеткі;
• трохмерныя і іншыя.

У залежнасці ад атамаў галоўнага ланцуга, якія ўтвараюць палімер:

• гомоцепные тыпу (-M-) n - складаюцца з аднаго выгляду атамаў;
• гетероцепные тыпу (-ML-) n - складаюцца з розных відаў атамаў.

У залежнасці ад паходжання:

• прыродныя;
• штучныя.

Для аднясення да неарганічным палімерах рэчываў, якія ў цвёрдым стане ўяўляюць сабой макрамалекулы, неабходна таксама наяўнасць у іх пэўнай анізатрапіі прасторавага будовы і адпаведных уласцівасцяў.

асноўныя характарыстыкі

Больш распаўсюджанымі з'яўляюцца гетероцепные палімеры, у якіх адбываецца чаргаванне электроположительных і Электраадмо атамаў, напрыклад B і N, P і N, Si і O. Атрымаць гетероцепные неарганічныя палімеры (НП) можна з дапамогай рэакцый полікандэнсацыі. Полікандэнсацыі оксоанионов паскараецца ў кіслай асяроддзі, а полікандэнсацыі гидратированных катыёнаў - у шчолачны. Полікандэнсацыі можа быць праведзена як у растворы, так і ў цвёрдых рэчывах пры наяўнасці высокай тэмпературы.

Многія з гетероцепных неарганічных палімераў можна атрымаць толькі ва ўмовах высокатэмпературнага сінтэзу, напрыклад, непасрэдна з простых рэчываў. Адукацыя карбідам, якія з'яўляюцца палімернымі целамі, адбываецца пры ўзаемадзеянні некаторых аксідаў з вугляродам, а таксама пры наяўнасці высокай тэмпературы.

Доўгія гомоцепные ланцуга (са ступенню полімерызацыі n> 100) утвараюць карбон і p-элементы VI групы: сера, селен, теллур.

Неарганічныя палімеры: прыклады і прымяненне

Спецыфіка НП заключаецца ў адукацыі палімерных крышталічных тэл з рэгулярнай трохмернай структурай макрамалекул. Наяўнасць жорсткага каркаса хімічных сувязяў падае такім злучэнням значную цвёрдасць.

Азначанае ўласцівасць дазваляе выкарыстоўваць у якасці абразіўных матэрыялаў неарганічныя палімеры. Прымяненне гэтых матэрыялаў знайшло найшырэйшае ўжыванне ў прамысловасці.

Выключная хімічная і тэрмічная стойкасць НП з'яўляецца таксама каштоўнай уласцівасцю. Напрыклад, армавальныя валакна, вырабленыя з арганічных палімераў, устойлівыя на паветры да тэмпературы 150-220 ˚С. Між тым Борна валакно і яго вытворныя застаюцца ўстойлівымі да тэмпературы 650 ˚С. Менавіта таму неарганічныя палімеры з'яўляюцца перспектыўнымі для стварэння новых хімічна і тэрмаўстойлівых матэрыялаў.

Практычнае значэнне таксама маюць НП, якія адначасова з'яўляюцца і надыходзячымі па ўласцівасцях да арганічным, і якія захоўваюць свае спецыфічныя ўласцівасці. Да такіх адносяць фасфаты, полифосфазены, сілікаты, палімерныя аксіды серы з рознымі бакавымі групамі.

палімеры вугляроду

Заданне: «Прывядзіце прыклады неарганічных палімераў», - часта сустракаецца ў падручніках па хіміі. Мэтазгодна яго выконваць з згадваннем самых выбітных НП - вытворных вугляроду. Бо сюды ўваходзяць матэрыялы з унікальнымі характарыстыкамі: алмазы, графіт і карбин.

Карбин - штучна створаны, малавывучаны лінейны палімер з неперасягненымі паказчыкамі трываласці, не якія саступаюць, а згодна з шэрагу даследаванняў і праўзыходнымі графен. Зрэшты, карбин - рэчыва таямнічае. Бо не ўсе навукоўцы прызнаюць яго існаванне як самастойнага матэрыялу.

Вонкава выглядае як метала-крышталічны чорны парашок. Мае паўправадніковыя ўласцівасці. Электраправоднасць карбина значна павялічваецца пад дзеяннем святла. Ён не губляе гэтых уласцівасцяў нават пры тэмпературы да 5000 ˚С, што нашмат вышэй, чым для іншых матэрыялаў падобнага прызначэння. Атрыманы матэрыял у 60-х В.У. Коршак, А.М. Сладковым, У.І. Касаточкиным і Ю.П. Кудраўцавым шляхам каталітычнага акіслення ацэтылену. Самае складанае было вызначыць выгляд сувязяў паміж атамамі вугляроду. Пасля было атрымана рэчыва толькі з падвойнымі сувязямі паміж атамамі вугляроду ў Інстытуце элементоорганических злучэнняў АН СССР. Новае злучэнне назвалі поликумулен.

Графіт - у гэтым матэрыяле палімерная ўпарадкаванасць распаўсюджваецца толькі ў плоскасці. Яго пласты злучаныя ня хімічнымі сувязямі, а слабымі межмолекулярных ўзаемадзеяння, таму ён праводзіць цяпло і ток і не прапускае святло. Графіт і яго вытворныя - дастаткова распаўсюджаныя неарганічныя палімеры. Прыклады іх выкарыстання: ад алоўкаў да атамнай прамысловасці. Акісляючы графіт, можна атрымаць прамежкавыя прадукты акіслення.

Алмаз - яго ўласцівасці прынцыпова іншыя. Алмаз з'яўляецца прасторавым (трохмерным) палімераў. Усе атамы вугляроду змацоўваюцца паміж сабой трывалай кавалентнай сувязямі. Таму гэты палімер з'яўляецца надзвычай трывалым. Алмаз не праводзіць ток і цяпло, мае празрыстую структуру.

палімеры бору

Калі вас спытаюць пра тое, якія неарганічныя палімеры вам вядомыя, смела адказвайце - палімеры бору (-BR-). Гэта досыць шырокі клас НП, шырока ўжываецца ў прамысловасці і навуцы.

Карбід бора - яго формула правільней выглядае так (B12C3) n. Яго элементарная вочка - ромбоэдрическая. Каркас ўтвараюць дванаццаць кавалентна звязаных атамаў бору. А ў сярэдзіне яго - лінейная група з трох кавалентна звязаных атамаў вугляроду. У выніку ўтворыцца вельмі трывалая канструкцыя.

Бориды - іх крышталі ўтвораны падобна вышэйапісаным карбіду. Найбольш ўстойлівы з іх HfB2, які плавіцца толькі пры тэмпературы 3250 ° C. Найбольшай хімічнай устойлівасцю адзначаецца TaB2 - на яго не дзейнічаюць ні кіслаты, ні іх сумесі.

Нітрыд бора - яго часта называюць белым талькам за падабенства. Гэта падабенства сапраўды толькі вонкавае. Структурна ён аналагічны графіту. Атрымліваюць яго, награваючы бор або яго аксід у атмасферы аміяку.

Боразон

Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит - звышцвёрдыя неарганічныя палімеры. Прыклады іх прымянення: выраб шліфавальных колаў, абразіўных матэрыялаў, апрацоўка металаў. Гэта хімічна інэртныя рэчывы на аснове бору. Па цвёрдасці бліжэй іншых матэрыялаў да дыяментам. У прыватнасці, боразон пакідае драпіны на алмазе, апошні таксама пакідае драпіны на крышталях боразона.

Зрэшты, гэтыя НП маюць некалькі пераваг перад натуральнымі алмазамі: у іх вялікая тэрмаўстойлівасць (вытрымліваюць тэмпературу да 2000 ° C, алмаз жа руйнуецца пры паказчыках у межах 700-800 ° C) і высокая ўстойлівасць да механічных нагрузак (яны не такія далікатныя). Боразон быў атрыманы пры тэмпературы 1350 ° C і ціску 62000 атмасфер Робертам Венторфом ў 1957 годзе. Аналагічныя матэрыялы ленінградскімі навукоўцамі былі атрыманы ў 1963 годзе.

Неарганічныя палімеры серы

Гомополимер - гэтая мадыфікацыя серы мае лінейную малекулу. Рэчыва не з'яўляецца ўстойлівым, пры ваганнях тэмпературы распадаецца на октаэдрические цыклы. Утвараецца ў выпадку рэзкага астуджэння расплаву серы.

Палімерная мадыфікацыя сярністага ангідрыду. Вельмі падобная на азбест, мае кудзелістую структуру.

палімеры селену

Шэры селен - палімер са спіралепадобнае лінейнымі макрамалекуламі, укладзенымі паралельна. У ланцугах атамы селену звязаны кавалентна, а макрамалекулы звязаны малекулярнымі сувязямі. Нават расплаўлены або раствораны селен не распадаецца на асобныя атамы.

Чырвоны або аморфны селен таксама палімер ланцуговай, але малоупорядоченной структуры. У тэмпературным прамежку 70-90 ˚С ён набывае каучукоподобные ўласцівасці, пераходзячы ў высокоэластичное стан, чым нагадвае арганічныя палімеры.

Карбід селену, або горны крышталь. Тэрмічнаму і хімічна ўстойлівы, досыць трывалы прасторавы крышталь. Пьезоэлектрик і паўправаднік. У штучных умовах яго атрымалі пры рэакцыі кварцавага пяску і вугалю ў электрапечкі пры тэмпературы каля 2000 ° C.

Іншыя палімеры селену:

• Моноклинный селен - больш спарадкаваны, чым аморфны чырвоны, але саступае шэрага.
• Дыяксід селену, або (SiO2) n - уяўляе сабой трохмерны сеткаваты палімер.
• Азбест - палімер аксіду селену кудзелістай структуры.

палімеры фосфару

Існуе шмат мадыфікацый фосфару: белы, чырвоны, чорны, карычневы, фіялетавы. Чырвоны - НП дробнакрышталічныя будынкі. Атрымліваецца нагрэвам белага фосфару без доступу паветра пры тэмпературы 2500 ˚С. Чорны фосфар атрыманы П. Бриджменом пры наступных умовах: ціск 200000 атмасфер пры тэмпературы 200 ° C.

Фосфорнитридхлориды - злучэнні фосфару з азотам і хлорам. Ўласцівасці гэтых рэчываў змяняюцца з ростам масы. А менавіта памяншаецца іх растваральнасць ў арганічных рэчывах. Калі малекулярная маса палімера дасягае некалькіх тысяч адзінак, утворыцца каучукоподобное рэчыва. Гэта адзіны досыць тэрмаўстойлівы безуглеродный каўчук. Ён руйнуецца толькі пры тэмпературы звыш 350 ° C.

выснову

Неарганічныя палімеры ў большасці сваёй - рэчывы з унікальнымі характарыстыкамі. Іх ужываюць на вытворчасці, у будаўніцтве, для распрацоўкі інавацыйных і нават рэвалюцыйных матэрыялаў. Па меры вывучэння уласцівасцяў вядомых НП і стварэння новых, сфера іх ужывання пашыраецца.