4 qui s'applique aux matériaux polymères inorganiques. Polymères de germanium et d'étain

POLYMÈRES INORGANIQUES

Ils ont un inorganique chaînes principales et ne contiennent pas d'org. radicaux latéraux. Les chaînes principales sont construites à partir de liaisons covalentes ou ioniques-covalentes ; chez certains N. p., la chaîne de liaisons ioniques-covalentes peut être interrompue par des articulations de coordination uniques. personnage. Structurel N. p. est réalisé selon les mêmes caractéristiques que l'org. ou elementoorg. polymères (voir Composés de poids moléculaire élevé). Parmi les N. p. naturels, c'est le plus. les réticulaires sont courants et font partie de la plupart des minéraux de la croûte terrestre. Beaucoup d’entre eux forment une sorte de diamant ou de quartz. Les éléments supérieurs sont capables de former des n.p. linéaires. rangées III-VI gr. périodique systèmes. Au sein des groupes, à mesure que le nombre de lignes augmente, la capacité des éléments à former des chaînes homo- ou hétéroatomiques diminue fortement. Halogènes, comme dans org. les polymères jouent le rôle d'agents de terminaison de chaîne, bien que toutes les combinaisons possibles d'entre eux avec d'autres éléments puissent former des groupes latéraux. Éléments VIII gr. peut être inclus dans la chaîne principale, formant une coordination. N. p. Ces derniers, en principe, sont différents de l'org. polymères de coordination, où est le système de coordonnées les obligations ne forment qu’une structure secondaire. Mn. ou des sels métalliques de valence variable macroscopiquement. St. tu ressembles à un maillage N. p.

Longues chaînes homoatomiques (avec degré de polymérisation n >= 100) ne forment que les éléments du groupe VI - S, Se et Te. Ces chaînes sont constituées uniquement d'atomes de squelette et ne contiennent pas de groupes latéraux, mais les structures électroniques des chaînes carbonées et des chaînes S, Se et Te sont différentes. Carbone linéaire - cumulènes=C=C=C=C= ... et voiture-bin ChS = SChS = MF... (voir Carbone); de plus, le carbone forme respectivement des cristaux covalents bidimensionnels et tridimensionnels. graphite Et diamant. Le soufre et le tellure forment des chaînes atomiques avec des liaisons simples et très élevées. P. Ils ont le caractère d'une transition de phase et la région de température de stabilité du polymère a une limite inférieure maculée et une limite supérieure bien définie. Au-dessous et au-dessus de ces limites sont respectivement stables. cyclique octamères et molécules diatomiques.

Dr. éléments, même les plus proches voisins du carbone en psriodic. le système-B et Si ne sont plus capables de former des chaînes homoatomiques ou cycliques. oligomères avec n >= 20 (indépendamment de la présence ou de l'absence de groupes latéraux). Cela est dû au fait que seuls les atomes de carbone sont capables de former entre eux des liaisons purement covalentes. Pour cette raison, les hétérochaînes binaires de type n.p. [HMPLH] sont plus courantes. n(voir tableau), où les atomes M et L forment des liaisons ioniques-covalentes entre eux. En principe, les chaînes linéaires hétérochaînes ne doivent pas nécessairement être binaires : une section de chaîne qui se répète régulièrement peut le faire. formé par des combinaisons plus complexes d’atomes. L'inclusion d'atomes métalliques dans la chaîne principale déstabilise la structure linéaire et réduit fortement i.

COMBINAISONS D'ÉLÉMENTS FORMANT BINAIRE POLYMÈRES INORGANIQUES HÉTÉROCYNIQUES TYPE [HMMHLH] n(MARQUÉ AVEC UN SIGNE +)

* Forme également inorg. polymères de composition [CHVCHRH] n.

Les particularités de la structure électronique des chaînes principales des nucléotides homo-chaînes les rendent très vulnérables aux attaques des nucléophiles. ou électroph. agents. Pour cette seule raison, les chaînes contenant comme composant L ou d'autres qui lui sont adjacents en périodicité sont relativement plus stables. système. Mais ces chaînes ont généralement aussi besoin d’être stabilisées dans la nature. N.P. est associé à la formation de structures en réseau et à un très fort intermoléculaire. interaction groupes latéraux (y compris la formation de ponts salins), de sorte que la majorité des éléments N., même linéaires, sont insolubles et macroscopiques. St. vous êtes semblable au N. p. réticulaire.

Pratique Les éléments N. linéaires, qui sont les plus courants, sont intéressants. les degrés sont similaires aux degrés organiques - ils peuvent exister dans les mêmes états de phase, d'agrégation ou de relaxation et former des supermoles similaires. structures, etc. De telles nanoparticules peuvent être des caoutchoucs, des verres, des matériaux fibreux résistants à la chaleur, etc., et présentent également un certain nombre de propriétés qui ne sont plus inhérentes à l'org. polymères. Ceux-ci inclus les polyphosphazènes, oxydes de soufre polymères (avec différents groupes latéraux), phosphates, . Certaines combinaisons de M et L forment des chaînes qui n'ont pas d'analogues parmi les org. les polymères, par exemple avec une large bande de conduction et . Avoir un appartement ou un espace bien aménagé possède une large bande de conduction. structure. Un supraconducteur courant à des températures proches de 0 K est le polymère [ЧSNЧ] X; à des températures élevées, il perd sa supraconductivité, mais conserve ses propriétés semi-conductrices. Les nanoparticules supraconductrices à haute température doivent avoir une structure céramique, c'est-à-dire qu'elles doivent contenir de l'oxygène dans leur composition (dans les groupes latéraux).

La transformation du nitrate en verre, fibres, céramiques, etc. nécessite une fusion, qui s'accompagne généralement d'une dépolymérisation réversible. Par conséquent, des agents modificateurs sont généralement utilisés pour stabiliser les structures modérément ramifiées dans les masses fondues.

Lit. : Encyclopédie des polymères, vol. 2, M., 1974, p. 363-71 ; Bartenev G.M., Verres inorganiques ultra-résistants et à haute résistance, M., 1974 ; Korshak V.V., Kozyreva N.M., "Advances in Chemistry", 1979, v. 48, v. 1, p. 5-29 ; Polymères inorganiques, dans : Encyclopédie de la science et de la technologie des polymères, v. 7, N.Y.-L.-Sydney, 1967, p. 664-91. S. Ya.

Encyclopédie chimique. - M. : Encyclopédie soviétique. Éd. I.L. Knunyants. 1988 .

Voyez ce que sont les « POLYMÈRES INORGANIQUES » dans d'autres dictionnaires :

Polymères dont les molécules ont des chaînes principales inorganiques et ne contiennent pas de radicaux latéraux organiques (groupes de charpente). Dans la nature, les polymères inorganiques à réseau tridimensionnel sont très répandus et font partie, sous forme de minéraux, de... ...

Polymères qui ne contiennent pas de liaisons CC dans l'unité répétitive, mais sont capables de contenir un radical organique comme substituants latéraux. Table des matières 1 Classification 1.1 Polymères homochaînes ... Wikipédia

Polymères dont les molécules ont des chaînes principales inorganiques et ne contiennent pas de radicaux latéraux organiques (groupes de charpente). Les polymères inorganiques à réseau tridimensionnel qui, sous forme de minéraux, font partie de... ... sont très répandus dans la nature. Dictionnaire encyclopédique

Polymères avec une chaîne principale inorganique (ne contenant pas d'atomes de carbone) d'une macromolécule (voir Macromolécule). Les groupes latéraux (encadrants) sont généralement également inorganiques ; cependant, les polymères comportant des groupes latéraux organiques sont souvent également classés comme H...

Les polymères et les macromolécules ont des propriétés inorganiques Ch. chaînes et ne contiennent pas de chaînes latérales organiques. radicaux (groupes d’encadrement). Pratique matières synthétiques. polymère chlorure de polyphosphonitrile (polydichlorophasphazène) [P(C1)2=N]n. D'autres en sont obtenus... ... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

Polymères, molécules qui ont des propriétés inorganiques Ch. chaînes et ne contiennent pas de matières organiques. radicaux latéraux (groupes de cadrage). Dans la nature, les NP réticulées tridimensionnelles sont répandues et, sous forme de minéraux, entrent dans la composition de la croûte terrestre (par exemple, le quartz). DANS… … Sciences naturelles. Dictionnaire encyclopédique

- (du poly... et du grec meros share part), substances dont les molécules (macromolécules) sont constituées d'un grand nombre d'unités répétitives ; Le poids moléculaire des polymères peut varier de plusieurs milliers à plusieurs millions. Polymères par origine... Grand dictionnaire encyclopédique

Oh; PL. (unité polymère, a; m.). [du grec polys nombreux et meros partagent, partie] Composés chimiques de haut poids moléculaire constitués de groupes d'atomes répétitifs homogènes, largement utilisés dans la technologie moderne. Produits naturels, synthétiques... ... Dictionnaire encyclopédique

- (du grec polymères constitués de nombreuses parties, diverses) composés chimiques de poids moléculaire élevé (de plusieurs milliers à plusieurs millions), dont les molécules (macromolécules (Voir Macromolécule)) sont constituées d'un grand nombre... .. . Grande Encyclopédie Soviétique

Classification par méthode de production (origine)

Classement d'inflammabilité

Classification par comportement à la chaleur

Classification des polymères selon la structure des macromolécules

CLASSIFICATION DES POLYMÈRES

Synthèse de polymères.

Un polymère est une substance chimique qui a un poids moléculaire élevé et est constituée d'un grand nombre de fragments se répétant périodiquement liés par des liaisons chimiques. Ces fragments sont appelés unités élémentaires.

Ainsi, les caractéristiques des polymères sont les suivantes : 1. poids moléculaire très élevé (dizaines et centaines de milliers). 2. structure en chaîne des molécules (généralement des liaisons simples).

Il convient de noter que les polymères rivalisent aujourd’hui avec succès avec tous les autres matériaux utilisés par l’humanité depuis l’Antiquité.

Application des polymères :

Polymères à usage biologique et médical

Matériaux échangeurs d'ions et d'électrons

Plastiques résistants à la chaleur et à la chaleur

Isolateurs

Matériaux de construction et de structure

Tensioactifs et matériaux résistants aux environnements agressifs.

L'expansion rapide de la production de polymères a conduit au fait que leur risque d'incendie (et tous brûlent mieux que le bois) est devenu une catastrophe nationale pour de nombreux pays. Lorsqu’ils brûlent et se décomposent, diverses substances se forment, pour la plupart toxiques pour l’homme. Connaître les propriétés dangereuses des substances résultantes est nécessaire pour réussir à les combattre.

Classification des polymères selon la composition de la chaîne principale de macromolécules (la plus courante) :

je. DIU à chaîne carbonée : les principales chaînes polymères sont constituées uniquement d'atomes de carbone

II. BMC hétérochaînes - les principales chaînes polymères, en plus des atomes de carbone, contiennent des hétéroatomes (oxygène, azote, phosphore, soufre, etc.)

III. Composés polymères organo-éléments - les principales chaînes de macromolécules contiennent des éléments qui ne font pas partie des composés organiques naturels (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn, etc.)

Chaque classe est divisée en groupes distincts en fonction de la structure de la chaîne, de la présence de liaisons, du nombre et de la nature des substituants et des chaînes latérales. Les composés d'hétérochaînes sont en outre classés en tenant compte de la nature et du nombre d'hétéroatomes, et des polymères organoélémentaires - en fonction de la combinaison d'unités d'hydrocarbures avec des atomes de silicium, de titane, d'aluminium, etc.

a) polymères à chaînes saturées : polypropylène – [-CH 2 -CH-] n,

polyéthylène – [-CH 2 -CH 2 -] n; CH3

b) polymères à chaînes insaturées : polybutadiène – [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n ;

c) polymères halogènes substitués : Téflon-[-CF 2 -CF 2 -] n, PVC-[-CH 2 -CHCl-] n ;

d) alcools polymères : alcool polyvinylique – [-CH 2 -CH-] n ;

e) polymères de dérivés d'alcool : acétate de polyvinyle – [-CH 2 -CH-] n ;

f) aldéhydes et cétones polymères : polyacroléine – [-CH 2 -CH-] n ;

g) polymères d'acides carboxyliques : acide polyacrylique – [-CH 2 -CH-] n ;

h) nitriles polymères : PAN – [-CH 2 -CH-] n ;

i) polymères d'hydrocarbures aromatiques : polystyrène – [-CH 2 -CH-] n.

a) polyéthers : polyglycols – [-CH 2 -CH 2 -O-] n ;

b) polyesters : téréphtalate de polyéthylène glycol –

[-O-CH 2 -CH 2 -O-C-C 6 H 4 -C-] n;

c) peroxydes polymères : peroxyde de polymère styrène – [-CH 2 -CH-O-O-] n ;

2. Polymères contenant des atomes d'azote dans la chaîne principale :

a) amines polymères : polyéthylènediamine – [-CH 2 –CH 2 –NH-] n ;

b) amides polymères : polycaprolactame – [-NН-(СH 2) 5 -С-] n ;

3. Polymères contenant à la fois des atomes d'azote et d'oxygène dans la chaîne principale - polyuréthanes : [-С-NН-R-NN-С-О-R-О-] n ;

4.Polymères contenant des atomes de soufre dans la chaîne principale :

a) polythioéthers [-(CH 2) 4 – S-] n;

b) les polytétrasulfures [-(CH 2) 4 -S - S-] n;

5.Polymères contenant des atomes de phosphore dans la chaîne principale

par exemple : O

[- P – O-CH 2 -CH 2 -O-] n ;

1. Composés polymères organosiliciés

a) composés polysilanes R R

b) composés polysiloxanes

[-Si-O-Si-O-]n;

c) composés de polycarbosilane

[-Si-(-C-) n -Si-(-C-) n -] n ;

d) composés polycarbosiloxanes

[-O-Si-O-(-C-) n -] n ;

2. Composés polymères organotitanes, par exemple :

OC 4 H 9 OC ​​​​4 H 9

[-O – Ti – O – Ti-] n ;

OC 4 H 9 OC ​​​​4 H 9

3. Composés polymères organoaluminium, par exemple :

[-O – Al – O – Al-] n ;

Les macromolécules peuvent avoir une structure tridimensionnelle linéaire, ramifiée et spatiale.

Linéaire les polymères sont constitués de macromolécules à structure linéaire ; ces macromolécules sont un ensemble d'unités monomères (-A-) reliées en de longues chaînes non ramifiées :

nA ® (…-A - A-…) m + (…- A - A -…) R + …., où (…- A - A -…) sont des macromolécules polymères de poids moléculaires différents.

Ramifié les polymères se caractérisent par la présence de branches latérales dans les chaînes principales de macromolécules, plus courtes que la chaîne principale, mais également constituées d'unités monomères répétitives :

…- A – A – A – A – A – A – A- …

Spatial les polymères à structure tridimensionnelle sont caractérisés par la présence de chaînes de macromolécules reliées entre elles par des forces de valences basiques à l'aide de ponts croisés formés d'atomes (-B-) ou de groupes d'atomes, par exemple des unités monomères (-A-)

A – A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A -

Les polymères tridimensionnels présentant des liaisons croisées fréquentes sont appelés polymères en réseau. Pour les polymères tridimensionnels, le concept de molécule perd son sens, car des molécules individuelles y sont reliées les unes aux autres dans toutes les directions, formant d'énormes macromolécules.

thermoplastique- les polymères de structure linéaire ou ramifiée dont les propriétés sont réversibles avec des chauffages et refroidissements répétés ;

thermodurcissable- certains polymères linéaires et ramifiés dont les macromolécules, lorsqu'elles sont chauffées, du fait des interactions chimiques se produisant entre elles, sont reliées les unes aux autres ; dans ce cas, des structures de réseaux spatiaux se forment en raison de fortes liaisons chimiques. Après chauffage, les polymères thermodurcissables deviennent généralement infusibles et insolubles - un processus de durcissement irréversible se produit.

Cette classification est très approximative, puisque l'inflammation et la combustion des matériaux dépendent non seulement de la nature du matériau, mais également de la température de la source d'inflammation, des conditions d'inflammation, de la forme du produit ou des structures, etc.

Selon cette classification, les matériaux polymères sont divisés en inflammables, peu inflammables et ininflammables. Parmi les matériaux combustibles, on distingue ceux qui sont difficiles à enflammer et ceux qui sont difficiles à brûler sont auto-extinguibles.

Exemples de polymères combustibles : polyéthylène, polystyrène, polyméthacrylate de méthyle, acétate de polyvinyle, résines époxy, cellulose, etc.

Exemples de polymères résistant au feu : PVC, Téflon, résines phénol-formaldéhyde, résines urée-formaldéhyde.

Naturels (protéines, acides nucléiques, résines naturelles) (animaux et

origine végétale);

Synthétique (polyéthylène, polypropylène, etc.) ;

Artificiel (modification chimique de polymères naturels - éthers

cellulose).

Inorganiques : quartz, silicates, diamant, graphite, corindon, carabine, carbure de bore, etc.

Organique : caoutchoucs, cellulose, amidon, verre organique et

Les polymères sont des composés de haut poids moléculaire constitués de nombreux groupes atomiques répétitifs de structures - unités différentes ou identiques. Ces liens sont interconnectés par coordination ou liaisons chimiques en chaînes linéaires ramifiées ou longues et en structures spatiales tridimensionnelles.

Les polymères sont :

• synthétique,
• artificiel,
• organique.

Les polymères organiques se forment dans la nature dans les organismes animaux et végétaux. Les plus importants d’entre eux sont les protéines, les polysaccharides, les acides nucléiques, le caoutchouc et d’autres composés naturels.

L’homme utilise depuis longtemps et largement les polymères organiques dans sa vie quotidienne. Cuir, laine, coton, soie, fourrure, tout cela est utilisé pour fabriquer des vêtements. Chaux, ciment, argile, verre organique (plexiglas) - dans la construction.

Les polymères organiques sont également présents chez l'homme. Par exemple, les acides nucléiques (également appelés ADN), ainsi que les acides ribonucléiques (ARN).

Propriétés des polymères organiques

Tous les polymères organiques ont des propriétés mécaniques particulières :

• faible fragilité des polymères cristallins et vitreux (verre organique, plastiques) ;
• élasticité, c'est-à-dire déformation réversible élevée sous de petites charges (caoutchouc);
• orientation des macromolécules sous l'action d'un champ mécanique dirigé (production de films et de fibres) ;
• à faibles concentrations, la viscosité des solutions est élevée (les polymères gonflent d'abord puis se dissolvent) ;
• sous l'influence d'une petite quantité de réactif, ils peuvent modifier rapidement leurs caractéristiques physiques et mécaniques (par exemple, tannage du cuir, vulcanisation du caoutchouc).

Tableau 1. Caractéristiques de combustion de certains polymères.

Tableau 2. Solubilité des matériaux polymères.

Tableau 3. Coloration des polymères selon la réaction de Lieberman-Storch-Moravsky.

Articles sur le sujet

Parmi la plupart des matériaux, les plus populaires et les plus connus sont les matériaux composites polymères (PCM). Ils sont activement utilisés dans presque tous les domaines de l'activité humaine. Ce sont ces matériaux qui constituent le composant principal de la fabrication de divers produits utilisés à des fins complètement différentes, des cannes à pêche et coques de bateaux aux cylindres pour le stockage et le transport de substances inflammables, en passant par les pales de rotor d'hélicoptère. Une telle popularité du PCM est associée à la capacité de résoudre des problèmes technologiques de toute complexité associés à la production de composites présentant certaines propriétés, grâce au développement de la chimie des polymères et des méthodes d'étude de la structure et de la morphologie des matrices polymères utilisées dans le production de PCM.

Il n'y a pratiquement personne dans le monde moderne qui n'ait au moins une idée des polymères. Les polymères traversent la vie d'une personne, rendant sa vie de plus en plus pratique et confortable. Lorsqu’on évoque les polymères, les premières associations seront avec les substances organiques synthétiques, car elles sont plus visibles. Polymères naturels - substances organiques naturelles - bien qu'il y en ait plus dans le monde qui nous entoure, dans la perception associative d'une personne, ils passent au second plan. Ils nous entourent toujours, mais personne ne pense à la nature de l'origine de la flore et de la faune. La cellulose, l'amidon, la lignine, le caoutchouc, les protéines et les acides nucléiques sont les principaux matériaux utilisés par la nature pour créer le monde animal et végétal qui nous entoure. Et absolument personne ne percevra les pierres précieuses, le graphite, le mica, le sable et l'argile, le verre et le ciment comme des polymères. Néanmoins, la science a établi la structure polymère de nombreux composés inorganiques, y compris ceux énumérés ci-dessus. Les substances polymères sont constituées de macromolécules. Lorsque des polymères se forment, un grand nombre d'atomes ou de groupes d'atomes sont liés les uns aux autres par des liaisons chimiques - covalentes ou de coordination. Les macromolécules polymères contiennent des dizaines, des centaines, des milliers ou des dizaines de milliers d'atomes ou d'unités élémentaires répétitives. Des informations sur la structure du polymère ont été obtenues en étudiant les propriétés des solutions, la structure des cristaux et les propriétés mécaniques et physico-chimiques des substances inorganiques. À l'appui de ce qui précède, il convient de noter qu'il existe une quantité suffisante de littérature scientifique confirmant la structure polymère de certaines substances inorganiques.

Une remarque logique serait : pourquoi y a-t-il tant d’informations sur les polymères organiques synthétiques et si peu sur les polymères inorganiques ? S’il existe des substances polymères inorganiques, de quoi s’agit-il exactement et où sont-elles utilisées ? Plusieurs exemples de polymères inorganiques ont été donnés ci-dessus. Ce sont des substances bien connues que tout le monde connaît, mais peu de gens savent que ces substances peuvent être classées parmi les polymères. Dans l’ensemble, le citoyen moyen ne se soucie pas de savoir si le graphite peut être classé comme polymère ou non ; comme pour les pierres précieuses, pour certains, il peut même être offensant d’assimiler des bijoux coûteux à des bijoux en plastique bon marché. Néanmoins, s’il y a une raison d’appeler certaines substances inorganiques des polymères, alors pourquoi ne pas en parler. Examinons quelques représentants de ces matériaux et examinons plus en détail les plus intéressants.
La synthèse de polymères inorganiques nécessite le plus souvent des matières premières très pures, ainsi que des températures et des pressions élevées. Les principales méthodes de production, comme les polymères organiques, sont la polymérisation, la polycondensation et la polycoordination. Les polymères inorganiques les plus simples comprennent des composés homochaînes constitués de chaînes ou de charpentes construites à partir d'atomes identiques. Outre le carbone bien connu, qui est le principal élément impliqué dans la construction de presque tous les polymères organiques, d’autres éléments peuvent également participer à la construction des macromolécules. Ces éléments comprennent le bore du troisième groupe, le silicium, le germanium et l'étain du quatrième groupe, qui comprend également le carbone, le phosphore, l'arsenic, l'antimoine et le bismuth du cinquième groupe, le soufre, le sélénium et le tellure du sixième. Les polymères homochaînes obtenus à partir de ces éléments sont principalement utilisés en électronique et en optique. L'industrie électronique se développe à un rythme très rapide et la demande de cristaux synthétiques dépasse depuis longtemps l'offre. Il convient toutefois de noter en particulier le carbone et les polymères inorganiques produits à partir de celui-ci : le diamant et le graphite. Le graphite est un matériau bien connu qui a trouvé des applications dans diverses industries. Les crayons, électrodes, creusets, peintures et lubrifiants sont fabriqués à partir de graphite. Des milliers de tonnes de graphite sont destinées aux besoins de l'industrie nucléaire en raison de ses propriétés à ralentir les neutrons. Dans l'article, nous nous attarderons plus en détail sur les représentants les plus intéressants des polymères inorganiques - les pierres précieuses.
Les diamants sont les plus intéressants, les plus prétentieux et les plus appréciés des femmes représentatives des polymères inorganiques. Les diamants sont des minéraux très coûteux, qui peuvent également être classés parmi les polymères inorganiques ; ils sont extraits dans la nature par cinq grandes sociétés : DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. C’est la société DeBeers qui a créé la réputation de ces pierres. Le marketing intelligent se résume au slogan « pour toujours ». DeBeers a transformé cette pierre en symbole d'amour, de prospérité, de pouvoir et de réussite. Un fait intéressant est que les diamants se trouvent assez souvent dans la nature, par exemple les saphirs et les rubis, qui sont des minéraux plus rares, mais dont la valeur est inférieure à celle des diamants. Le plus intéressant est la situation qui s’est développée sur le marché des diamants naturels. Le fait est qu’il existe des technologies permettant d’obtenir des diamants synthétiques. En 1954, Tracy Hall, chercheuse chez General Electric, a inventé un appareil permettant d'obtenir des cristaux de diamant à partir de sulfure de fer à une pression de 100 000 atmosphères et à une température supérieure à 2 500 ºC. La qualité de ces pierres n’était pas élevée du point de vue des bijoux, mais la dureté était la même que celle de la pierre naturelle. L'invention de Hall fut améliorée et en 1960, General Electric créa une usine dans laquelle il était possible de produire des diamants de qualité gemme. Le point négatif était que le prix des pierres synthétiques était plus élevé que celui des pierres naturelles.
Il existe actuellement deux technologies de synthèse des diamants. La technologie HPHT (haute pression/haute température) est la synthèse de diamants dans une combinaison de haute pression et haute température. La technologie CVD (dépôt chimique en phase vapeur) est une technologie de dépôt chimique en phase vapeur considérée comme plus progressive et qui permet de faire pousser du diamant, comme si on simulait les conditions naturelles de sa croissance. Les deux technologies présentent des avantages et des inconvénients. Les campagnes qui les utilisent résolvent les lacunes de la technologie en utilisant leurs propres inventions et développements. Par exemple, en 1989, un groupe de scientifiques soviétiques de Novossibirsk a réussi à réduire la pression de fusion à 60 000 atmosphères. Après l'effondrement de l'Union soviétique, les développements dans le domaine de la synthèse des diamants se sont poursuivis, grâce à de nombreux investisseurs étrangers intéressés par l'acquisition de la technologie permettant de synthétiser à moindre coût des pierres précieuses de haute qualité. Par exemple, DeBeers, pour ne pas perdre l'opportunité de contrôler le marché, a financé les travaux de certains scientifiques. Certains entrepreneurs privés ont acheté des équipements de synthèse de diamants en Russie. Par exemple, la société américaine Gemesis, désormais florissante, a commencé par acheter une installation de culture de diamants en Russie en 1996 pour 60 000 dollars. Aujourd'hui, Gemesis produit et vend des diamants de couleurs rares : jaune et bleu, et la différence de prix entre ceux-ci et exactement les mêmes pierres naturelles atteint 75 %.

Une autre grande entreprise de synthèse de diamants, Apollo Diamond, améliore la technologie HPHT en synthétisant des pierres dans une atmosphère gazeuse d'une certaine composition (technologie de symbiose HPHT et CVD). Cette méthode amène Apollo Diamond sur le marché des pierres de joaillerie ; en même temps, la qualité des diamants synthétiques cultivés à l'aide de cette technologie est très élevée. Il est de plus en plus difficile pour les gémotologues de distinguer les pierres synthétiques des pierres naturelles. Cela nécessite un ensemble d'analyses utilisant des équipements assez complexes et coûteux. Les diamants synthétiques Apollo Diamond sont presque impossibles à distinguer des minéraux naturels à l’aide des méthodes d’analyse standard.

La production mondiale de diamants s'élève désormais à 115 millions de carats, soit 23 tonnes par an. Théoriquement, ce gigantesque marché pourrait s’effondrer et la réputation des diamants en tant que pierres précieuses serait perdue à jamais. Les entreprises monopolistiques investissent dans la stabilisation de la situation et le contrôle du marché. Par exemple, des campagnes de marketing coûteuses sont menées, des brevets pour les technologies de fabrication de diamants artificiels sont achetés afin que ces technologies ne soient jamais introduites, des certificats et des passeports de qualité sont délivrés pour les diamants de marque confirmant leur origine naturelle. Mais cela freinera-t-il les progrès de la technologie de fusion ?

Après avoir parlé des diamants, nous avons été distraits par l'éclat des pierres précieuses de l'industrie de la joaillerie, mais il faut aussi souligner les pierres industrielles. Dans ce cas, la plupart des entreprises productrices de diamants fonctionnent principalement pour les besoins des industries électronique et optique. Le marché de la pierre industrielle n’est peut-être pas aussi intrigant que celui de la bijouterie, mais il n’en est pas moins énorme. Par exemple, le principal revenu d'Apollo Diamond est la synthèse de disques minces de diamant pour semi-conducteurs. À propos, une installation de synthèse de diamants d'une productivité d'environ 200 kg de diamants par mois peut désormais être achetée pour 30 000 dollars.

Un autre représentant des pierres précieuses est le rubis. Le premier rubis synthétique est né en 1902. Il a été synthétisé par l'ingénieur français Verneuil en faisant fondre de l'oxyde d'aluminium et de la poudre de chrome, qui ont ensuite cristallisé en un rubis de six grammes. Cette simplicité de synthèse a permis le développement relativement rapide de la production industrielle de rubis dans le monde. Cette pierre est très demandée. Chaque année, environ 5 tonnes de rubis sont extraites dans le monde et les besoins du marché s'élèvent à des centaines de tonnes. Les rubis sont nécessaires dans l’industrie horlogère et dans la production de lasers. La technologie proposée par Verneuil fournit par la suite les prérequis à la synthèse des saphirs et des grenats. Les plus grandes productions de rubis artificiels se situent en France, en Suisse, en Allemagne, en Grande-Bretagne et aux États-Unis. L'économie de la production est la suivante. La part du lion du coût est consacrée aux coûts énergétiques. Dans le même temps, le coût de synthèse d'un kilogramme de rubis est de 60 dollars, le coût d'un kilogramme de saphirs est de 200 dollars. La rentabilité d'une telle entreprise est très élevée, puisque le prix d'achat des cristaux est au moins deux fois plus élevé. Ici, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte, tels que le fait que plus le monocristal cultivé est gros, plus son coût est également bas ; lors de la fabrication de produits à partir de cristaux, leur prix sera beaucoup plus élevé que le prix des cristaux vendus (par exemple). exemple, la production et la vente de verre). En ce qui concerne l'équipement, les installations russes de culture de cristaux coûtent environ 50 000 dollars, les installations occidentales sont beaucoup plus chères, tandis que la période d'amortissement d'une production organisée est en moyenne de deux ans. Comme déjà mentionné, les besoins du marché en cristaux synthétiques sont colossaux. Par exemple, les glaces saphir sont très demandées. Environ un millier de tonnes de saphirs sont synthétisées chaque année dans le monde. Les besoins de production annuels atteignent le million de tonnes !
Les émeraudes sont synthétisées exclusivement pour les besoins de l'industrie de la bijouterie. Contrairement à d'autres cristaux, l'émeraude n'est pas obtenue à partir d'une masse fondue, mais à partir d'une solution d'ahydride de bore à une température de 400°C et une pression de 500 atmosphères dans une chambre hydrothermale. Il est curieux que l'extraction de pierre naturelle ne représente que 500 kilogrammes par an. Les émeraudes synthétiques sont également produites dans le monde en quantités moins importantes que les autres cristaux, environ une tonne par an. Le fait est que la technologie de synthèse des émeraudes est peu productive, mais la rentabilité d'une telle production est élevée. Produisant environ 5 kilogrammes de cristaux par mois au coût de 200 dollars le kilogramme, le prix de vente des émeraudes synthétiques est presque égal au prix des émeraudes naturelles. Le coût de l'installation de synthèse d'émeraudes est d'environ 10 000 dollars.
Mais le cristal synthétique le plus populaire est le silicium. Peut-être que cela donnera des chances à n'importe quelle pierre précieuse. À l'heure actuelle, le silicium occupe 80 % du marché total des cristaux synthétiques. Le marché connaît une pénurie de silicium en raison du développement rapide des hautes technologies. À l'heure actuelle, la rentabilité de la production de silicium dépasse 100 %. Le prix d'un kilogramme de silicium est d'environ 100 dollars le kilogramme, tandis que le coût de la synthèse atteint 25 dollars.

Le silicium ultrapur est utilisé comme semi-conducteur. À partir de ses cristaux, des photocellules solaires à haut rendement sont fabriquées. Le silicium, comme le carbone, peut créer de longues chaînes moléculaires à partir de ses atomes. De cette façon, on obtient du silane et du caoutchouc, qui possèdent des propriétés étonnantes. Il y a plusieurs années, le monde entier était enthousiasmé par la nouvelle des expériences de l'ingénieur américain Walter Robbs, qui a réussi à produire un film de caoutchouc de silicone de 0,0025 centimètres d'épaisseur. Il a recouvert la cage dans laquelle vivait le hamster avec ce caoutchouc et a descendu le hamster dans l'aquarium. Pendant plusieurs heures, le premier hamster sous-marin au monde a respiré de l'oxygène dissous dans l'eau, était alerte et ne montrait aucun signe d'anxiété. Il s'avère que le film joue le rôle d'une membrane, remplissant les mêmes fonctions que les branchies des poissons. Le film laisse entrer les molécules de gaz vital, tandis que le dioxyde de carbone est expulsé à travers le film. Cette découverte permet d'organiser la vie humaine sous l'eau en écartant les cylindres contenant un mélange respiratoire et les générateurs d'oxygène.

Le silicium est disponible en trois types : le silicium métallurgique (MG), le silicium de qualité électronique (EG) et le silicium de qualité solaire (SG). En raison d'une série de crises énergétiques, des technologies énergétiques alternatives sont intensément introduites. Il s'agit notamment de la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique, c'est-à-dire de l'utilisation d'installations solaires alimentées par des batteries solaires. Le silicium est un composant important des cellules solaires. En Ukraine, l'usine de titane-magnésium de Zaporozhye produit du silicium pour les batteries solaires. Sous l'Union soviétique, cette entreprise produisait 200 tonnes de silicium, le volume de production dans toute l'Union étant de 300 tonnes. L'auteur ne sait actuellement rien de la situation de la production de silicium à Zaporojie. Le coût de l'organisation d'une production moderne de silicium polycristallin pour les besoins de l'industrie énergétique d'une capacité de 1 000 tonnes par an est d'environ 56 millions de dollars. La synthèse du silicium pour divers besoins à travers le monde occupe la première place en matière de demande et occupera cette position pendant longtemps.

Dans l'article, nous n'avons examiné que quelques représentants de polymères inorganiques. Peut-être que bon nombre des éléments évoqués ci-dessus ont été perçus par certains avec surprise et un véritable intérêt. Quelqu'un a jeté un nouveau regard sur le concept de la pierre philosophale : même s'il ne s'agit pas d'or, il est toujours possible d'obtenir des pierres précieuses à partir d'oxydes métalliques indescriptibles et d'autres substances banales. Nous espérons que l'article a donné lieu à réflexion et a au moins diverti le lecteur avec des faits intéressants.

Dans la nature, il existe des polymères organo-éléments, organiques et inorganiques. Les matériaux inorganiques comprennent les matériaux dont la chaîne principale est inorganique et dont les branches latérales ne sont pas des radicaux hydrocarbonés. Les éléments des groupes III-VI du système périodique des éléments chimiques sont les plus sujets à la formation de polymères d'origine inorganique.

Classification

Les polymères organiques et inorganiques sont activement étudiés, leurs nouvelles caractéristiques sont en cours de détermination, de sorte qu'une classification claire de ces matériaux n'a pas encore été développée. Toutefois, certains groupes de polymères peuvent être distingués.

Selon la structure :

• linéaire;
• plat;
• ramifié;
• mailles polymères;
• tridimensionnel et autres.

En fonction des atomes de la chaîne principale formant le polymère :

• type d'homochaîne (-M-)n - consiste en un type d'atome ;
• type d'hétérochaîne (-M-L-)n - composé de différents types d'atomes.

Selon l'origine :

• naturel;
• artificiel.

Pour classer les substances qui sont des macromolécules à l'état solide comme polymères inorganiques, il est également nécessaire d'avoir une certaine anisotropie dans leur structure spatiale et leurs propriétés correspondantes.

Caractéristiques principales

Les polymères hétérochaînes sont plus courants, dans lesquels il existe une alternance d'atomes électropositifs et électronégatifs, par exemple B et N, P et N, Si et O. Les polymères inorganiques hétérochaînes (HP) peuvent être obtenus à l'aide de réactions de polycondensation. La polycondensation des oxoanions est accélérée en milieu acide, et la polycondensation des cations hydratés est accélérée en milieu alcalin. La polycondensation peut être réalisée soit en solution, soit à haute température.

De nombreux polymères inorganiques à hétérochaîne ne peuvent être obtenus que dans des conditions de synthèse à haute température, par exemple directement à partir de substances simples. La formation de carbures, qui sont des corps polymères, se produit lorsque certains oxydes interagissent avec le carbone, ainsi qu'en présence de températures élevées.

De longues chaînes d'homochaînes (avec un degré de polymérisation n>100) forment du carbone et des éléments p du groupe VI : soufre, sélénium, tellure.

Polymères inorganiques : exemples et applications

La spécificité des NP est la formation de macromolécules polymères à structure tridimensionnelle régulière. La présence d'un cadre rigide de liaisons chimiques confère à ces composés une dureté importante.

Cette propriété permet l'utilisation de polymères inorganiques. L'utilisation de ces matériaux a trouvé de nombreuses applications dans l'industrie.

La résistance chimique et thermique exceptionnelle du NP est également une propriété précieuse. Par exemple, les fibres de renfort fabriquées à partir de polymères organiques sont stables à l’air jusqu’à une température de 150 à 220 °C. Pendant ce temps, la fibre de bore et ses dérivés restent stables jusqu'à une température de 650°C. C’est pourquoi les polymères inorganiques sont prometteurs pour créer de nouveaux matériaux résistants aux produits chimiques et à la chaleur.

Les NP sont également d'une importance pratique, car elles ont en même temps des propriétés similaires à celles des substances organiques et conservent leurs propriétés spécifiques. Il s'agit notamment des phosphates, des polyphosphazènes, des silicates, des polymères avec divers groupes latéraux.

Polymères de carbone

La tâche : « Donner des exemples de polymères inorganiques » se retrouve souvent dans les manuels de chimie. Il est conseillé de le réaliser en mentionnant les NP les plus importantes - les dérivés carbonés. Après tout, cela inclut des matériaux aux caractéristiques uniques : les diamants, le graphite et la carabine.

Le carbyne est un polymère linéaire créé artificiellement et peu étudié avec des indicateurs de résistance inégalés, non inférieurs et, selon un certain nombre d'études, supérieurs au graphène. Cependant, le carbyne est une substance mystérieuse. Après tout, tous les scientifiques ne reconnaissent pas son existence en tant que matériau indépendant.

Extérieurement, cela ressemble à une poudre noire métallo-cristalline. Possède des propriétés semi-conductrices. La conductivité électrique du carbyne augmente considérablement lorsqu'il est exposé à la lumière. Il ne perd pas ces propriétés même à des températures allant jusqu'à 5 000 °C, ce qui est beaucoup plus élevé que d'autres matériaux ayant un objectif similaire. Le matériel a été obtenu dans les années 60 par V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin et Yu.P. Kudryavtsev par oxydation catalytique de l'acétylène. Le plus difficile était de déterminer le type de liaisons entre les atomes de carbone. Par la suite, une substance comportant uniquement des doubles liaisons entre les atomes de carbone a été obtenue à l'Institut des composés organoélémentaires de l'Académie des sciences de l'URSS. Le nouveau composé a été nommé polycumulène.

Graphite - dans cet ordre, s'étend uniquement dans le plan. Ses couches ne sont pas reliées par des liaisons chimiques, mais par de faibles interactions intermoléculaires, elles conduisent donc la chaleur et le courant et ne transmettent pas la lumière. Le graphite et ses dérivés sont des polymères inorganiques assez courants. Exemples de leur utilisation : des crayons à l'industrie nucléaire. En oxydant le graphite, des produits d'oxydation intermédiaires peuvent être obtenus.

Diamant - ses propriétés sont fondamentalement différentes. Le diamant est un polymère spatial (tridimensionnel). Tous les atomes de carbone sont maintenus ensemble par de fortes liaisons covalentes. Ce polymère est donc extrêmement durable. Le diamant ne conduit ni le courant ni la chaleur et possède une structure transparente.

Polymères de bore

Si on vous demande quels polymères inorganiques vous connaissez, n'hésitez pas à répondre : les polymères de bore (-BR-). Il s'agit d'une classe assez étendue de NP, largement utilisée dans l'industrie et la science.

Carbure de bore - sa formule ressemble plus correctement à ceci (B12C3)n. Sa cellule unitaire est rhomboédrique. La charpente est formée de douze atomes de bore liés de manière covalente. Et au milieu se trouve un groupe linéaire de trois atomes de carbone liés de manière covalente. Le résultat est une structure très durable.

Borures - leurs cristaux sont formés de manière similaire au carbure décrit ci-dessus. Le plus stable d’entre eux est le HfB2, qui ne fond qu’à une température de 3 250 °C. TaB2 possède la plus grande résistance chimique - il n'est affecté ni par les acides ni par leurs mélanges.

Nitrure de bore - on l'appelle souvent talc blanc en raison de sa similitude. Cette similitude n’est en réalité que superficielle. Structurellement, il est similaire au graphite. Il est obtenu en chauffant du bore ou son oxyde dans une atmosphère d'ammoniac.

Borazon

L'Elbor, le borazon, la cyborite, la kingsongite et la cubonite sont des polymères inorganiques ultra-durs. Exemples de leur application : production de matériaux abrasifs, transformation des métaux. Ce sont des substances chimiquement inertes à base de bore. La dureté est plus proche de celle d’autres matériaux que le diamant. En particulier, la borazone laisse des rayures sur le diamant, qui laisse également des rayures sur les cristaux de borazone.

Cependant, ces NP présentent plusieurs avantages par rapport aux diamants naturels : ils ont une plus grande résistance à la chaleur (résistent à des températures allant jusqu'à 2 000 °C, tandis que le diamant est détruit à des températures comprises entre 700 et 800 °C) et une haute résistance aux charges mécaniques (ils sont pas si fragile). Le borazon a été obtenu à une température de 1 350 °C et une pression de 62 000 atmosphères par Robert Wentorf en 1957. Des matériaux similaires ont été obtenus par des scientifiques de Léningrad en 1963.

Polymères de soufre inorganiques

Homopolymère - cette modification du soufre a une molécule linéaire. La substance n'est pas stable ; lorsque la température fluctue, elle se divise en cycles octaédriques. Formé en cas de refroidissement brutal du soufre fondu.

Modification polymère du dioxyde de soufre. Très semblable à l'amiante, il a une structure fibreuse.

Polymères de sélénium

Le sélénium gris est un polymère contenant des macromolécules linéaires hélicoïdales imbriquées en parallèle. Dans les chaînes, les atomes de sélénium sont liés de manière covalente et les macromolécules sont liées par des liaisons moléculaires. Même le sélénium fondu ou dissous ne se décompose pas en atomes individuels.

Le sélénium rouge ou amorphe est également un polymère à structure en chaîne, mais avec une structure mal ordonnée. Dans la plage de température de 70 à 90 ˚С, il acquiert des propriétés semblables à celles du caoutchouc, se transformant en un état hautement élastique, qui rappelle les polymères organiques.

Carbure de sélénium ou cristal de roche. Cristal spatial thermiquement et chimiquement stable, assez résistant. Piézoélectrique et semi-conducteur. Il a été obtenu dans des conditions artificielles en faisant réagir du charbon dans un four électrique à une température d'environ 2 000 °C.

Autres polymères de sélénium :

• Le sélénium monoclinique est plus ordonné que le rouge amorphe, mais inférieur au gris.
• Le dioxyde de sélénium, ou (SiO2)n, est un polymère à réseau tridimensionnel.
• L'amiante est un polymère d'oxyde de sélénium à structure fibreuse.

Polymères de phosphore

Il existe de nombreuses modifications du phosphore : blanc, rouge, noir, marron, violet. Rouge - NP de structure finement cristalline. Il est obtenu en chauffant du phosphore blanc sans accès à l'air à une température de 2500 ˚C. Le phosphore noir a été obtenu par P. Bridgman dans les conditions suivantes : pression de 200 000 atmosphères à une température de 200 °C.

Les chlorures de phosphoritrure sont des composés de phosphore avec de l'azote et du chlore. Les propriétés de ces substances changent avec l'augmentation de la masse. À savoir, leur solubilité dans les substances organiques diminue. Lorsque le poids moléculaire du polymère atteint plusieurs milliers d’unités, une substance semblable à du caoutchouc se forme. C'est le seul caoutchouc sans carbone suffisamment résistant à la chaleur. Il n'est détruit qu'à des températures supérieures à 350 °C.

Conclusion

Les polymères inorganiques sont pour la plupart des substances dotées de caractéristiques uniques. Ils sont utilisés dans la production, dans la construction, pour le développement de matériaux innovants voire révolutionnaires. À mesure que les propriétés des NP connues sont étudiées et que de nouvelles sont créées, le champ d’application de leurs applications s’élargit.