Polímeros inorgánicos: ejemplos y aplicaciones. Varios tipos de polímeros inorgánicos polímeros inorgánicos.

En 1833, J. Berzelius acuñó el término "polimerismo", con el que designó uno de los tipos de isomería. Estas sustancias (polímeros) debían tener la misma composición, pero diferentes pesos moleculares, como el etileno y el butileno. La conclusión de J. Berzelius no se corresponde con la comprensión moderna del término "polímero", porque en aquella época aún no se conocían los verdaderos polímeros (sintéticos). Las primeras menciones de polímeros sintéticos se remontan a 1838 (cloruro de polivinilideno) y 1839 (poliestireno).

La química de los polímeros surgió sólo después de que A. M. Butlerov creó la teoría de la estructura química de los compuestos orgánicos y se desarrolló aún más gracias a una búsqueda intensiva de métodos para sintetizar el caucho (G. Bushard, W. Tilden, K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev) . Desde principios de los años 20 del siglo XX comenzaron a desarrollarse ideas teóricas sobre la estructura de los polímeros.

DEFINICIÓN

Polímeros- compuestos químicos con alto peso molecular (de varios miles a muchos millones), cuyas moléculas (macromoléculas) constan de una gran cantidad de grupos repetidos (unidades monoméricas).

Clasificación de polímeros.

La clasificación de los polímeros se basa en tres características: su origen, naturaleza química y diferencias en la cadena principal.

Desde el punto de vista del origen, todos los polímeros se dividen en naturales (naturales), que incluyen ácidos nucleicos, proteínas, celulosa, caucho natural, ámbar; sintéticos (obtenidos en el laboratorio por síntesis y sin análogos naturales), que incluyen poliuretano, fluoruro de polivinilideno, resinas de fenol-formaldehído, etc.; artificial (obtenido en el laboratorio por síntesis, pero a base de polímeros naturales): nitrocelulosa, etc.

Según su naturaleza química, los polímeros se dividen en polímeros orgánicos (basados ​​en un monómero, una sustancia orgánica, todos polímeros sintéticos), inorgánicos (basados ​​en Si, Ge, S y otros elementos inorgánicos, polisilanos, ácidos polisilícicos) y organoelementos (un mezcla de polímeros orgánicos e inorgánicos – polisoxanos) de la naturaleza.

Hay polímeros de homocadena y heterocadena. En el primer caso, la cadena principal está formada por átomos de carbono o silicio (polisilanos, poliestireno), en el segundo, un esqueleto de varios átomos (poliamidas, proteínas).

Propiedades físicas de los polímeros.

Los polímeros se caracterizan por dos estados de agregación - cristalino y amorfo - y propiedades especiales - elasticidad (deformaciones reversibles bajo cargas pequeñas - caucho), baja fragilidad (plásticos), orientación bajo la acción de un campo mecánico dirigido, alta viscosidad y disolución. del polímero se produce a través de su hinchamiento.

Preparación de polímeros.

Las reacciones de polimerización son reacciones en cadena que representan la adición secuencial de moléculas de compuestos insaturados entre sí con la formación de un producto de alto peso molecular: un polímero (Fig. 1).

Arroz. 1. Esquema general de producción de polímeros.

Por ejemplo, el polietileno se produce mediante polimerización de etileno. El peso molecular de la molécula alcanza 1 millón.

n CH 2 =CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -)-

Propiedades químicas de los polímeros.

En primer lugar, los polímeros se caracterizarán por reacciones características del grupo funcional presente en el polímero. Por ejemplo, si el polímero contiene un grupo hidroxo característico de la clase de alcoholes, el polímero participará en reacciones como los alcoholes.

En segundo lugar, la interacción con compuestos de bajo peso molecular, la interacción de polímeros entre sí con la formación de polímeros en red o ramificados, reacciones entre grupos funcionales que forman parte de un mismo polímero, así como la descomposición del polímero en monómeros (destrucción del cadena).

Aplicación de polímeros

La producción de polímeros ha encontrado una amplia aplicación en diversas áreas de la vida humana: la industria química (producción de plástico), la construcción de máquinas y aviones, las empresas de refinación de petróleo, la medicina y la farmacología, la agricultura (producción de herbicidas, insecticidas, pesticidas), la industria de la construcción ( aislamiento acústico y térmico), producción de juguetes, ventanas, tuberías, artículos para el hogar.

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

EJEMPLO 1

Prácticamente no hay persona en el mundo moderno que no tenga al menos alguna idea sobre los polímeros. Los polímeros pasan por la vida con una persona, haciendo su vida cada vez más cómoda y confortable. Al hablar de polímeros, las primeras asociaciones serán con sustancias orgánicas sintéticas, ya que son más visibles. Polímeros naturales, sustancias orgánicas naturales, aunque hay más en el mundo que nos rodea, en la percepción asociativa de una persona pasan a un segundo plano. Siempre nos rodean, pero nadie piensa en la naturaleza del origen de la flora y la fauna. La celulosa, el almidón, la lignina, el caucho, las proteínas y los ácidos nucleicos son los principales materiales utilizados por la naturaleza para crear el mundo animal y vegetal que nos rodea. Y absolutamente nadie percibirá como polímeros las piedras preciosas, el grafito, la mica, la arena y la arcilla, el vidrio y el cemento. Sin embargo, la ciencia ha establecido el hecho de la estructura polimérica de muchos compuestos inorgánicos, incluidos los enumerados anteriormente. Las sustancias poliméricas están formadas por macromoléculas. Cuando se forman polímeros, una gran cantidad de átomos o grupos de átomos se unen entre sí mediante enlaces químicos: covalentes o de coordinación. Las macromoléculas poliméricas contienen decenas, cientos, miles o decenas de miles de átomos o unidades elementales repetidas. La información sobre la estructura del polímero se obtuvo estudiando las propiedades de las soluciones, la estructura de los cristales y las propiedades mecánicas y fisicoquímicas de sustancias inorgánicas. En apoyo de lo anterior, cabe señalar que existe una cantidad suficiente de literatura científica que confirma el hecho de la estructura polimérica de algunas sustancias inorgánicas.

Una observación lógica sería: ¿por qué hay tanta información sobre los polímeros orgánicos sintéticos y tan poca sobre los inorgánicos? Si existen sustancias poliméricas inorgánicas, ¿qué son exactamente y dónde se utilizan? Anteriormente se dieron varios ejemplos de polímeros inorgánicos. Se trata de sustancias bien conocidas que todo el mundo conoce, pero pocas personas saben que estas sustancias pueden clasificarse como polímeros. En general, a la persona promedio no le importa si el grafito se puede clasificar como polímero o no; en cuanto a las piedras preciosas, para algunos puede incluso resultar ofensivo equiparar las joyas caras con las joyas de plástico baratas. Sin embargo, si hay motivos para llamar polímeros a algunas sustancias inorgánicas, ¿por qué no hablar de ello? Veamos algunos representantes de dichos materiales y veamos con más detalle los más interesantes.
La síntesis de polímeros inorgánicos suele requerir materiales de partida muy puros, así como altas temperaturas y presiones. Los principales métodos para su producción, al igual que los polímeros orgánicos, son la polimerización, la policondensación y la policoordinación. Los polímeros inorgánicos más simples incluyen compuestos de homocadenas que consisten en cadenas o estructuras construidas a partir de átomos idénticos. Además del conocido carbono, que es el principal elemento implicado en la construcción de casi todos los polímeros orgánicos, en la construcción de las macromoléculas también pueden participar otros elementos. Estos elementos incluyen boro del tercer grupo, silicio, germanio y estaño del cuarto grupo, que también incluye carbono, fósforo, arsénico, antimonio y bismuto del quinto grupo, azufre, selenio y telurio del sexto. En electrónica y óptica se utilizan principalmente polímeros de homocadenas obtenidos a partir de estos elementos. La industria electrónica se está desarrollando a un ritmo muy rápido y la demanda de cristales sintéticos ha superado durante mucho tiempo la oferta. Sin embargo, cabe destacar el carbono y los polímeros inorgánicos que se obtienen a partir de él: diamante y grafito. El grafito es un material muy conocido que ha encontrado aplicación en diversas industrias. Los lápices, electrodos, crisoles, pinturas y lubricantes se fabrican con grafito. Miles de toneladas de grafito se destinan a las necesidades de la industria nuclear debido a sus propiedades para frenar los neutrones. En el artículo nos detendremos con más detalle en los representantes más interesantes de los polímeros inorgánicos: las piedras preciosas.
Los representantes más interesantes, pretenciosos y queridos por las mujeres de los polímeros inorgánicos son los diamantes. Los diamantes son minerales muy caros, que también pueden clasificarse como polímeros inorgánicos; son extraídos en la naturaleza por cinco grandes empresas: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. Fue la empresa DeBeers la que creó la reputación de estas piedras. El marketing inteligente se reduce al lema "para siempre". DeBeers ha convertido esta piedra en un símbolo de amor, prosperidad, poder y éxito. Un dato interesante es que los diamantes se encuentran con bastante frecuencia en la naturaleza, por ejemplo, los zafiros y los rubíes, que son minerales más raros, pero se valoran menos que los diamantes. Lo más interesante es la situación que se ha desarrollado en el mercado de los diamantes naturales. El caso es que existen tecnologías que permiten obtener diamantes sintéticos. En 1954, el investigador de General Electric Tracy Hall inventó un dispositivo que permitía obtener cristales de diamante a partir de sulfuro de hierro a una presión de 100.000 atmósferas y una temperatura superior a 2.500ºC. La calidad de estas piedras no era alta desde el punto de vista de la joyería, pero la dureza era la misma que la de la piedra natural. El invento de Hall fue mejorado y en 1960 General Electric creó una planta en la que era posible producir diamantes con calidad de gema. El punto negativo fue que el precio de las piedras sintéticas era más elevado que el de las naturales.
Actualmente existen dos tecnologías para sintetizar diamantes. La tecnología HPHT (alta presión/alta temperatura) es la síntesis de diamantes en una combinación de alta presión y alta temperatura. La tecnología CVD (deposición química de vapor) es una tecnología de deposición química de vapor que se considera más progresiva y permite cultivar diamantes, como si simulara las condiciones naturales de su crecimiento. Ambas tecnologías tienen ventajas y desventajas. Las campañas que los utilizan resuelven las deficiencias de la tecnología utilizando sus propios inventos y desarrollos. Por ejemplo, en 1989, un grupo de científicos soviéticos de Novosibirsk logró reducir la presión de fusión a 60.000 atmósferas. Después del colapso de la Unión Soviética, los avances en el campo de la síntesis de diamantes continuaron, gracias a muchos inversores extranjeros interesados ​​en obtener la tecnología para la síntesis barata de piedras preciosas de alta calidad. Por ejemplo, DeBeers, para no perder la oportunidad de controlar el mercado, financió el trabajo de algunos científicos. Algunos empresarios privados compraron equipos de síntesis de diamantes en Rusia; por ejemplo, la ahora próspera empresa estadounidense Gemesis comenzó comprando una instalación de cultivo de diamantes en Rusia en 1996 por 60.000 dólares. Ahora Gemesis produce y vende diamantes de colores raros: amarillo y azul, y la diferencia de precio entre estos y exactamente las mismas piedras naturales alcanza el 75%.

Otra gran empresa que sintetiza diamantes, Apollo Diamond, está mejorando la tecnología HPHT sintetizando piedras en una atmósfera de gas de cierta composición (tecnología de simbiosis de HPHT y CVD). Este método lleva a Apollo Diamond al mercado de piedras de joyería; al mismo tiempo, la calidad de los diamantes sintéticos cultivados con esta tecnología es muy alta. A los gemotólogos les resulta cada vez más difícil distinguir las piedras sintéticas de las naturales. Esto requiere una serie de análisis que utilizan equipos bastante complejos y costosos. Los diamantes sintéticos de Apollo Diamond son casi imposibles de distinguir de los minerales naturales utilizando métodos de análisis estándar.

La producción mundial de diamantes es ahora de 115 millones de quilates o 23 toneladas por año. En teoría, este gigantesco mercado podría colapsar y la reputación de los diamantes como piedras preciosas se perdería para siempre. Las empresas monopolistas invierten en estabilizar la situación y controlar el mercado. Por ejemplo, se llevan a cabo costosas campañas de marketing, se compran patentes para tecnologías de fabricación de diamantes artificiales para que estas tecnologías nunca se introduzcan, se emiten certificados y pasaportes de calidad para diamantes de marca que confirman su origen natural. ¿Pero esto frenará el progreso de la tecnología de fusión?

Habiendo hablado de diamantes, nos distrajo el brillo de las piedras preciosas de la industria joyera, pero también debemos señalar las piedras industriales. En este caso, la mayoría de las empresas productoras de diamantes operan principalmente para las necesidades de las industrias electrónica y óptica. Puede que el mercado de la piedra industrial no sea tan intrigante como el de la joyería, pero no deja de ser enorme. Por ejemplo, el principal ingreso de Apollo Diamond es la síntesis de finos discos de diamante para semiconductores. Por cierto, ahora se puede comprar una instalación de síntesis de diamantes con una productividad de unos 200 kg de diamantes al mes por 30 mil dólares.

Otro representante de las piedras preciosas es el rubí. El primer rubí sintético nació en 1902. Fue sintetizado por el ingeniero francés Verneuil fundiendo óxido de aluminio y polvo de cromo, que luego cristalizó en un rubí de seis gramos. Esta simplicidad de síntesis permitió el desarrollo relativamente rápido de la producción industrial de rubíes en todo el mundo. Esta piedra tiene una gran demanda. Cada año se extraen en el mundo unas 5 toneladas de rubíes y las necesidades del mercado ascienden a cientos de toneladas. Los rubíes son necesarios en la industria relojera y en la producción de láseres. La tecnología propuesta por Verneuil proporcionó posteriormente las condiciones previas para la síntesis de zafiros y granates. Las mayores producciones de rubíes artificiales se encuentran en Francia, Suiza, Alemania, Gran Bretaña y Estados Unidos. La economía de la producción es la siguiente. La mayor parte del coste la consumen los costes energéticos. Al mismo tiempo, el costo de sintetizar un kilogramo de rubíes es de 60 dólares, el costo de un kilogramo de zafiros es de 200 dólares. La rentabilidad de un negocio de este tipo es muy alta, ya que el precio de compra de los cristales es al menos el doble. Aquí se deben tener en cuenta una serie de factores, como el hecho de que cuanto más grande sea el monocristal cultivado, menor será su costo y, al producir productos a partir de cristales, su precio será mucho más alto que el precio de los cristales vendidos (por ejemplo); ejemplo, la producción y venta de vidrio). En cuanto a los equipos, las instalaciones rusas para el cultivo de cristales cuestan alrededor de 50 mil dólares, las occidentales son mucho más caras y el período de recuperación de la inversión de la producción organizada es de dos años en promedio. Como ya se mencionó, las necesidades del mercado de cristales sintéticos son colosales. Por ejemplo, los cristales de zafiro tienen una gran demanda. Cada año se sintetizan en todo el mundo unas mil toneladas de zafiros. ¡Las necesidades de producción anual alcanzan el millón de toneladas!
Las esmeraldas se sintetizan exclusivamente para las necesidades de la industria joyera. A diferencia de otros cristales, la esmeralda no se obtiene de una fusión, sino de una solución de hidruro de boro a una temperatura de 400 ° C y una presión de 500 atmósferas en una cámara hidrotermal. Es curioso que la extracción de piedra natural sea de sólo 500 kilogramos al año. Las esmeraldas sintéticas también se producen en el mundo en cantidades no tan grandes como las de otros cristales, alrededor de una tonelada por año. El hecho es que la tecnología para sintetizar esmeraldas es de baja productividad, pero la rentabilidad de dicha producción es alta. Al producir alrededor de 5 kilogramos de cristales por mes a un costo de 200 dólares por kilogramo, el precio de venta de las esmeraldas sintéticas es casi igual al precio de las naturales. El coste de la instalación para la síntesis de esmeraldas es de unos 10 mil dólares.
Pero el cristal sintético más popular es el silicio. Quizás esto le dé probabilidades a cualquier piedra preciosa. Actualmente, el silicio ocupa el 80% del mercado total de cristales sintéticos. El mercado está experimentando una escasez de silicio debido al rápido desarrollo de las altas tecnologías. Actualmente, la rentabilidad de la producción de silicio supera el 100%. El precio de un kilogramo de silicio es de unos 100 dólares por kilogramo, mientras que el coste de la síntesis alcanza los 25 dólares.

El silicio ultrapuro se utiliza como semiconductor. A partir de sus cristales se fabrican fotocélulas solares de alta eficiencia. El silicio, al igual que el carbono, puede crear largas cadenas moleculares a partir de sus átomos. De esta forma se obtienen silano y caucho, que tienen propiedades asombrosas. Hace varios años, el mundo entero se entusiasmó con la noticia de los experimentos del ingeniero estadounidense Walter Robbs, que logró producir una película de caucho de silicona de 0,0025 centímetros de espesor. Cubrió con esta goma la jaula en la que vivía el hámster y lo metió en el acuario. Durante varias horas, el primer hámster submarino del mundo respiró oxígeno disuelto en agua, estuvo alerta y no mostró signos de ansiedad. Resulta que la película desempeña el papel de membrana y realiza las mismas funciones que las branquias de los peces. La película permite que entren moléculas de gas con vida, mientras que el dióxido de carbono sale a través de la película. Este descubrimiento permite organizar la vida humana bajo el agua apartando cilindros con una mezcla respirable y generadores de oxígeno.

El silicio se presenta en tres tipos: silicio metalúrgico (MG), silicio de grado electrónico (EG) y silicio de grado solar (SG). Debido a una serie de crisis energéticas, se están introduciendo intensamente tecnologías energéticas alternativas. Entre ellas se encuentra la conversión de energía solar en energía eléctrica, es decir, el uso de instalaciones solares alimentadas por baterías solares. Un componente importante de las células solares es el silicio. En Ucrania, la planta de titanio y magnesio de Zaporozhye producía silicio para baterías solares. Durante la Unión Soviética, esta empresa producía 200 toneladas de silicio, siendo el volumen de producción en toda la Unión de 300 toneladas. Actualmente, el autor no sabe nada sobre la situación de la producción de silicio en Zaporozhye. El coste de organizar una producción moderna de silicio policristalino para las necesidades de la industria energética con una capacidad de 1.000 toneladas al año es de unos 56 millones de dólares. La síntesis de silicio para diversas necesidades en todo el mundo ocupa el primer lugar en demanda y mantendrá esta posición durante mucho tiempo.

En el artículo examinamos sólo algunos representantes de los polímeros inorgánicos. Quizás muchas de las cosas contadas anteriormente fueron percibidas por algunos con sorpresa y genuino interés. Alguien volvió a examinar el concepto de piedra filosofal; aunque no sea oro, todavía es posible obtener piedras preciosas a partir de óxidos metálicos anodinos y otras sustancias corrientes. Esperamos que el artículo haya dado pie a la reflexión y al menos haya entretenido al lector con datos interesantes.

En la naturaleza existen polímeros organoelementos, orgánicos e inorgánicos. Los materiales inorgánicos incluyen materiales cuya cadena principal es inorgánica y cuyas ramas laterales no son radicales hidrocarbonados. Los elementos de los grupos III-VI del sistema periódico de elementos químicos son los más propensos a la formación de polímeros de origen inorgánico.

Clasificación

Los polímeros orgánicos e inorgánicos se están estudiando activamente y se están determinando sus nuevas características, por lo que aún no se ha desarrollado una clasificación clara de estos materiales. Sin embargo, se pueden distinguir ciertos grupos de polímeros.

Dependiendo de la estructura:

• lineal;
• departamento;
• ramificado;
• mallas poliméricas;
• tridimensional y otros.

Dependiendo de los átomos de la cadena principal que forman el polímero:

• tipo de homocadena (-M-)n - consta de un tipo de átomo;
• tipo heterocadena (-M-L-)n - consta de diferentes tipos de átomos.

Según origen:

• natural;
• artificial.

Para clasificar sustancias que son macromoléculas en estado sólido como polímeros inorgánicos, también es necesario que tengan cierta anisotropía en su estructura espacial y propiedades correspondientes.

Características principales

Más comunes son los polímeros de heterocadena, en los que hay una alternancia de átomos electropositivos y electronegativos, por ejemplo B y N, P y N, Si y O. Los polímeros inorgánicos de heterocadena (HP) se pueden obtener mediante reacciones de policondensación. La policondensación de oxoaniones se acelera en un ambiente ácido y la policondensación de cationes hidratados se acelera en un ambiente alcalino. La policondensación se puede realizar en solución o a alta temperatura.

Muchos de los polímeros inorgánicos de heterocadenas sólo pueden obtenerse en condiciones de síntesis a alta temperatura, por ejemplo, directamente a partir de sustancias simples. La formación de carburos, que son cuerpos poliméricos, se produce cuando ciertos óxidos interactúan con el carbono, así como en presencia de altas temperaturas.

Las largas cadenas homocadenas (con un grado de polimerización n>100) forman carbono y elementos p del grupo VI: azufre, selenio, telurio.

Polímeros inorgánicos: ejemplos y aplicaciones.

La especificidad de las NP es la formación de macromoléculas poliméricas con una estructura tridimensional regular. La presencia de una estructura rígida de enlaces químicos proporciona a estos compuestos una dureza significativa.

Esta propiedad permite el uso de polímeros inorgánicos. El uso de estos materiales ha encontrado una amplia aplicación en la industria.

La excepcional resistencia química y térmica del NP también es una propiedad valiosa. Por ejemplo, las fibras de refuerzo hechas de polímeros orgánicos son estables en el aire hasta una temperatura de 150-220 °C. Mientras tanto, la fibra de boro y sus derivados se mantienen estables hasta una temperatura de 650˚C. Por eso los polímeros inorgánicos son prometedores para crear nuevos materiales químicamente y resistentes al calor.

También son de importancia práctica las NP, que al mismo tiempo tienen propiedades similares a las orgánicas y conservan sus propiedades específicas. Estos incluyen fosfatos, polifosfacenos, silicatos y polímeros con varios grupos laterales.

Polímeros de carbono

La tarea: "Da ejemplos de polímeros inorgánicos" se encuentra a menudo en los libros de texto de química. Es recomendable realizarlo mencionando las NP más destacadas: los derivados del carbono. Al fin y al cabo, esto incluye materiales con características únicas: diamantes, grafito y carabina.

Carbyne es un polímero lineal creado artificialmente y poco estudiado con indicadores de resistencia insuperables, no inferior y, según varios estudios, superior al grafeno. Sin embargo, el carbino es una sustancia misteriosa. Después de todo, no todos los científicos reconocen su existencia como un material independiente.

Externamente parece un polvo negro metálico cristalino. Tiene propiedades semiconductoras. La conductividad eléctrica del carbino aumenta significativamente cuando se expone a la luz. No pierde estas propiedades incluso a temperaturas de hasta 5000 °C, que es mucho más alta que la de otros materiales de uso similar. El material fue obtenido en los años 60 por V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin y Yu.P. Kudryavtsev por oxidación catalítica de acetileno. Lo más difícil fue determinar el tipo de enlaces entre los átomos de carbono. Posteriormente, en el Instituto de Compuestos Organoelementos de la Academia de Ciencias de la URSS se obtuvo una sustancia con sólo dobles enlaces entre átomos de carbono. El nuevo compuesto recibió el nombre de policumuleno.

Grafito: en este orden se extiende sólo en el plano. Sus capas no están conectadas por enlaces químicos, sino por interacciones intermoleculares débiles, por lo que conduce calor y corriente y no transmite luz. El grafito y sus derivados son polímeros inorgánicos bastante comunes. Ejemplos de su uso: desde lápices hasta la industria nuclear. Al oxidar el grafito, se pueden obtener productos de oxidación intermedios.

Diamante: sus propiedades son fundamentalmente diferentes. El diamante es un polímero espacial (tridimensional). Todos los átomos de carbono se mantienen unidos mediante fuertes enlaces covalentes. Por tanto, este polímero es extremadamente duradero. El diamante no conduce corriente ni calor y tiene una estructura transparente.

polímeros de boro

Si le preguntan qué polímeros inorgánicos conoce, no dude en responder: polímeros de boro (-BR-). Se trata de una clase bastante amplia de NP, ampliamente utilizada en la industria y la ciencia.

Carburo de boro: su fórmula se ve más correctamente así (B12C3)n. Su celda unitaria es romboédrica. La estructura está formada por doce átomos de boro unidos covalentemente. Y en el medio hay un grupo lineal de tres átomos de carbono unidos covalentemente. El resultado es una estructura muy duradera.

Boruros: sus cristales se forman de manera similar al carburo descrito anteriormente. El más estable de ellos es el HfB2, que se funde sólo a una temperatura de 3250 °C. TaB2 tiene la mayor resistencia química: no se ve afectado ni por los ácidos ni por sus mezclas.

Nitruro de boro: a menudo se le llama talco blanco debido a su similitud. En realidad, esta similitud es sólo superficial. Estructuralmente es similar al grafito. Se obtiene calentando boro o su óxido en atmósfera de amoníaco.

Borazón

Elbor, borazon, cyborita, kingsongita y cubonita son polímeros inorgánicos superduros. Ejemplos de su aplicación: producción de materiales abrasivos, procesamiento de metales. Se trata de sustancias químicamente inertes a base de boro. La dureza es más cercana a la de otros materiales además de los diamantes. En particular, el borazono deja rayones en el diamante, que también deja rayones en los cristales de borazono.

Sin embargo, estas NP tienen varias ventajas sobre los diamantes naturales: tienen una mayor resistencia al calor (soportan temperaturas de hasta 2000 °C, mientras que el diamante se destruye a temperaturas en el rango de 700-800 °C) y una alta resistencia a las cargas mecánicas (son no tan frágil). El borazon fue obtenido a una temperatura de 1350 °C y una presión de 62.000 atmósferas por Robert Wentorf en 1957. Los científicos de Leningrado obtuvieron materiales similares en 1963.

Polímeros de azufre inorgánicos

Homopolímero: esta modificación del azufre tiene una molécula lineal. La sustancia no es estable; cuando la temperatura fluctúa, se divide en ciclos octaédricos. Se forma en caso de enfriamiento repentino del azufre fundido.

Modificación polimérica del dióxido de azufre. Muy parecido al amianto, tiene una estructura fibrosa.

Polímeros de selenio

El selenio gris es un polímero con macromoléculas lineales helicoidales anidadas en paralelo. En las cadenas, los átomos de selenio están unidos covalentemente y las macromoléculas están unidas mediante enlaces moleculares. Ni siquiera el selenio fundido o disuelto se descompone en átomos individuales.

El selenio rojo o amorfo también es un polímero con estructura de cadena, pero con una estructura poco ordenada. En el rango de temperatura de 70 a 90 ˚С adquiere propiedades similares a las del caucho y pasa a un estado muy elástico que se asemeja a los polímeros orgánicos.

Carburo de selenio o cristal de roca. Cristal espacial bastante fuerte, térmica y químicamente estable. Piezoeléctrico y semiconductor. Se obtuvo en condiciones artificiales haciendo reaccionar carbón en un horno eléctrico a una temperatura de aproximadamente 2000 °C.

Otros polímeros de selenio:

• El selenio monoclínico es más ordenado que el rojo amorfo, pero inferior al gris.
• El dióxido de selenio, o (SiO2)n, es un polímero de red tridimensional.
• El amianto es un polímero de óxido de selenio con una estructura fibrosa.

Polímeros de fósforo

Hay muchas modificaciones del fósforo: blanco, rojo, negro, marrón, violeta. Rojo - NP de estructura cristalina fina. Se obtiene calentando fósforo blanco sin acceso de aire a una temperatura de 2500 ˚C. El fósforo negro lo obtuvo P. Bridgman en las siguientes condiciones: presión de 200.000 atmósferas y temperatura de 200 °C.

Los cloruros de fosfornitruro son compuestos de fósforo con nitrógeno y cloro. Las propiedades de estas sustancias cambian al aumentar la masa. Es decir, disminuye su solubilidad en sustancias orgánicas. Cuando el peso molecular del polímero alcanza varios miles de unidades, se forma una sustancia parecida al caucho. Es el único caucho libre de carbono suficientemente resistente al calor. Se destruye sólo a temperaturas superiores a 350 °C.

Conclusión

Los polímeros inorgánicos son en su mayor parte sustancias con características únicas. Se utilizan en la producción, en la construcción, para el desarrollo de materiales innovadores e incluso revolucionarios. A medida que se estudian las propiedades de las NP conocidas y se crean otras nuevas, se amplía el ámbito de su aplicación.

Polímeros inorgánicos

• Polímeros inorgánicos- polímeros que no contienen enlaces C-C en la unidad repetitiva, pero que son capaces de contener un radical orgánico como sustituyentes laterales.

Clasificación de polímeros.

1. Polímeros de homocadena

Carbono y calcógenos (modificación plástica del azufre).

Amianto de fibras minerales

Características del amianto

• Amianto(del griego ἄσβεστος, - indestructible) es el nombre colectivo de un grupo de minerales de fibra fina de la clase de los silicatos. Consisten en las fibras más finas y flexibles.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - fórmula

• Los dos tipos principales de amianto son el amianto serpentino (amianto crisotilo o amianto blanco) y el amianto anfíbol.

Composición química

• En cuanto a su composición química, el amianto son silicatos acuosos de magnesio, hierro y, en parte, calcio y sodio. Las siguientes sustancias pertenecen a la clase del amianto crisotilo:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

Seguridad

• El amianto es prácticamente inerte y no se disuelve en los líquidos corporales, pero tiene un efecto cancerígeno notable. Las personas involucradas en la extracción y el procesamiento de amianto tienen varias veces más probabilidades de desarrollar tumores que la población general. La mayoría de las veces causa cáncer de pulmón, tumores del peritoneo, el estómago y el útero.

• Basándose en los resultados de una extensa investigación científica sobre carcinógenos, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer ha clasificado el amianto como uno de los carcinógenos más peligrosos de la primera categoría.

Aplicación de amianto

• Producción de tejidos resistentes al fuego (incluso para confeccionar trajes de bomberos).

• En construcción (como parte de mezclas de fibrocemento para la producción de tuberías y pizarra).

• En lugares donde sea necesario reducir la influencia de los ácidos.

El papel de los polímeros inorgánicos en la formación de la litosfera.

Litosfera

• Litosfera- la dura capa de la Tierra. Está formado por la corteza terrestre y la parte superior del manto, hasta la astenosfera.

La litosfera debajo de los océanos y continentes varía considerablemente. La litosfera debajo de los continentes está formada por capas sedimentarias, de granito y de basalto con un espesor total de hasta 80 km. La litosfera bajo los océanos ha pasado por muchas etapas de fusión parcial como resultado de la formación de la corteza oceánica, está muy empobrecida en elementos fusibles raros, se compone principalmente de dunitas y harzburgitas, su espesor es de 5 a 10 km, y el granito La capa está completamente ausente.

Composición química

Los principales componentes de la corteza terrestre y del suelo superficial de la Luna son los óxidos de Si y Al y sus derivados. Se puede llegar a esta conclusión basándose en las ideas existentes sobre la prevalencia de rocas basálticas. La sustancia principal de la corteza terrestre es el magma, una forma fluida de roca que contiene, junto con minerales fundidos, una cantidad significativa de gases. Cuando el magma llega a la superficie, forma lava, que se solidifica formando rocas basálticas. El principal componente químico de la lava es la sílice o dióxido de silicio, SiO2. Sin embargo, a altas temperaturas, los átomos de silicio pueden ser reemplazados fácilmente por otros átomos, como el aluminio, formando varios tipos de aluminosilicatos. En general, la litosfera es una matriz de silicato con la inclusión de otras sustancias formada como resultado de procesos físicos y químicos que ocurrieron en el pasado en condiciones de alta temperatura y presión. Tanto la propia matriz de silicato como las inclusiones que contiene contienen predominantemente sustancias en forma de polímero, es decir, polímeros inorgánicos de heterocadena.

Granito

• Granito - Roca intrusiva ígnea silícica. Se compone de cuarzo, plagioclasa, feldespato potásico y micas: biotita y moscovita. Los granitos están muy extendidos en la corteza continental.

Los mayores volúmenes de granito se forman en las zonas de colisión, donde chocan dos placas continentales y se produce un engrosamiento de la corteza continental. Según algunos investigadores, en la corteza de colisión espesada al nivel de la corteza media (profundidad de 10 a 20 km) se forma toda una capa de granito fundido. Además, el magmatismo granítico es característico de los márgenes continentales activos y, en menor medida, de los arcos insulares.

• Composición mineral del granito:

• feldespatos - 60-65%;

• cuarzo - 25-30%;

• minerales de color oscuro (biotita, raramente hornblenda): 5-10%.

Basalto

• Composición mineral. La masa principal está compuesta por microlitos de plagioclasa, clinopiroxeno, magnetita o titanomagnetita, además de vidrio volcánico. El mineral accesorio más común es la apatita.

• Composición química. El contenido de sílice (SiO2) oscila entre el 45 y el 52-53%, la suma de óxidos alcalinos Na2O+K2O hasta el 5%, en basaltos alcalinos hasta el 7%. Otros óxidos se pueden distribuir de la siguiente manera: TiO2 = 1,8-2,3%; Al2O3=14,5-17,9%; Fe2O3=2,8-5,1%; FeO=7,3-8,1%; MnO=0,1-0,2%; MgO=7,1-9,3%; CaO=9,1-10,1%; P2O5=0,2-0,5%;

Cuarzo (óxido de silicio (IV), sílice)

Fórmula: SiO2

• Fórmula: SiO2

• Color: incolora, blanca, violeta, gris, amarilla, marrón

• Color de rasgo: blanco

• Brillar: vidrioso, a veces grasoso en masas sólidas

• Densidad: 2,6-2,65 g/cm³

• Dureza: 7

Propiedades químicas

Corindón (Al2O3, alúmina)

Fórmula: Al2O3

• Fórmula: Al2O3

• Color: azul, rojo, amarillo, marrón, gris

• Color de rasgo: blanco

• Brillar: vaso

• Densidad: 3,9-4,1 g/cm³

• Dureza: 9

Telurio

Estructura de la cadena de telurio

• Los cristales son hexagonales, los átomos que contienen forman cadenas helicoidales y están conectados mediante enlaces covalentes con sus vecinos más cercanos. Por tanto, el teluro elemental puede considerarse un polímero inorgánico. El telurio cristalino se caracteriza por un brillo metálico, aunque debido a su complejo de propiedades químicas puede clasificarse más bien como un no metal.

Aplicaciones del teluro

• Producción de materiales semiconductores.

• producción de caucho

• Superconductividad de alta temperatura

Selenio

Estructura de la cadena de selenio

Negro Gris Rojo

Selenio gris

El selenio gris (a veces llamado metálico) tiene cristales en un sistema hexagonal. Su red elemental se puede representar como un cubo ligeramente deformado. Todos sus átomos parecen estar encadenados en cadenas en forma de espiral, y las distancias entre los átomos vecinos en una cadena son aproximadamente una vez y media menos que la distancia entre las cadenas. Por tanto, los cubos elementales están distorsionados.

Aplicaciones del selenio gris

• El selenio gris común tiene propiedades semiconductoras; es un semiconductor de tipo p, es decir La conductividad en él no es creada principalmente por electrones, sino por "agujeros".

• Otra propiedad prácticamente muy importante del selenio semiconductor es su capacidad para aumentar considerablemente la conductividad eléctrica bajo la influencia de la luz. En esta propiedad se basa el efecto de las fotocélulas de selenio y de muchos otros dispositivos.

selenio rojo

• El selenio rojo es una modificación amorfa menos estable.

• Un polímero con estructura de cadena pero estructura mal ordenada. En el rango de temperatura de 70 a 90 °C adquiere propiedades similares a las del caucho y pasa a un estado muy elástico.

• No tiene un punto de fusión específico.

• Selenio amorfo rojo al aumentar la temperatura (-55ºC) comienza a transformarse en selenio hexagonal gris

Azufre

Características estructurales

• La modificación plástica del azufre está formada por cadenas helicoidales de átomos de azufre con ejes de rotación izquierdo y derecho. Estas cadenas están retorcidas y tiradas en una dirección.

• El azufre plástico es inestable y espontáneamente se convierte en azufre rómbico.

Obtención de azufre plástico.

Aplicación de azufre

• Preparación de ácido sulfúrico;

• En la industria papelera;

• en agricultura (para combatir enfermedades de las plantas, principalmente de la uva y el algodón);

• en la producción de tintes y composiciones luminosas;

• obtener pólvora negra (de caza);

• en la producción de cerillas;

• ungüentos y polvos para el tratamiento de determinadas enfermedades de la piel.

Modificaciones alotrópicas del carbono.

Características comparativas

Aplicación de modificaciones alotrópicas del carbono.

• Diamante - en la industria: se utiliza para fabricar cuchillos, taladros, cortadores; en la fabricación de joyas. El futuro es el desarrollo de la microelectrónica sobre sustratos de diamante.

• Grafito – para la fabricación de crisoles y electrodos de fusión; relleno de plástico; moderador de neutrones en reactores nucleares; componente de la composición para la fabricación de minas para lápices de grafito negro (mezclado con caolín)

Los polímeros son compuestos de alto peso molecular que constan de muchos grupos atómicos repetidos de estructuras diferentes o idénticas: unidades. Estos enlaces están interconectados por enlaces de coordinación o químicos en cadenas lineales largas o ramificadas y en estructuras espaciales tridimensionales.

Los polímeros son:

• sintético,
• artificial,
• orgánico.

Los polímeros orgánicos se forman en la naturaleza en organismos animales y vegetales. Los más importantes son las proteínas, los polisacáridos, los ácidos nucleicos, el caucho y otros compuestos naturales.

El hombre utiliza desde hace mucho tiempo y ampliamente los polímeros orgánicos en su vida diaria. Cuero, lana, algodón, seda, pieles: todo esto se utiliza para producir ropa. Cal, cemento, arcilla, vidrio orgánico (plexiglás) - en la construcción.

Los polímeros orgánicos también están presentes en los humanos. Por ejemplo, los ácidos nucleicos (también llamados ADN), así como los ácidos ribonucleicos (ARN).

Propiedades de los polímeros orgánicos.

Todos los polímeros orgánicos tienen propiedades mecánicas especiales:

• baja fragilidad de polímeros cristalinos y vítreos (vidrio orgánico, plásticos);
• elasticidad, es decir, alta deformación reversible bajo cargas pequeñas (caucho);
• orientación de macromoléculas bajo la acción de un campo mecánico dirigido (producción de películas y fibras);
• en concentraciones bajas, la viscosidad de las soluciones es alta (los polímeros primero se hinchan y luego se disuelven);
• bajo la influencia de una pequeña cantidad de reactivo pueden cambiar rápidamente sus características físicas y mecánicas (por ejemplo, curtido de cuero, vulcanización de caucho).

Tabla 1. Características de combustión de algunos polímeros.

Tabla 2. Solubilidad de materiales poliméricos.

Tabla 3. Coloración de polímeros según la reacción de Lieberman-Storch-Moravsky.

Artículos sobre el tema.

Entre la mayoría de los materiales, los más populares y conocidos son los materiales compuestos poliméricos (PCM). Se utilizan activamente en casi todos los ámbitos de la actividad humana. Son estos materiales los componentes principales para la fabricación de diversos productos utilizados para fines completamente diferentes, desde cañas de pescar y cascos de barcos hasta cilindros para almacenar y transportar sustancias inflamables, así como palas de rotor de helicópteros. Esta amplia popularidad del PCM se debe a la capacidad de resolver problemas tecnológicos de cualquier complejidad asociados con la producción de compuestos con determinadas propiedades, gracias al desarrollo de la química de polímeros y métodos para estudiar la estructura y morfología de las matrices poliméricas que se utilizan en la producción de PCM.