Polimer organik. Polimer organik dan anorganik

Polimer anorganik

• Polimer anorganik- polimer yang tidak mengandung ikatan C-C pada unit berulangnya, tetapi mampu mengandung radikal organik sebagai substituen samping.

Klasifikasi polimer

1. Polimer homochain

Karbon dan kalkogen (modifikasi plastik dari belerang).

Asbes serat mineral

Karakteristik asbes

• Asbes(Yunani ἄσβεστος, - tidak dapat dihancurkan) adalah nama kolektif untuk sekelompok mineral berserat halus dari kelas silikat. Terdiri dari serat fleksibel terbaik.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - rumus

• Dua jenis asbes utama adalah asbes serpentin (asbes chrysotile, atau asbes putih) dan asbes amphibole.

Komposisi kimia

• Dilihat dari komposisi kimianya, asbes adalah silikat berair dari magnesium, besi, dan sebagian kalsium dan natrium. Zat-zat berikut ini termasuk dalam golongan asbes chrysotile:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

Keamanan

• Asbes praktis bersifat inert dan tidak larut dalam cairan tubuh, namun memiliki efek karsinogenik yang nyata. Orang-orang yang terlibat dalam penambangan dan pemrosesan asbes memiliki kemungkinan beberapa kali lebih besar terkena tumor dibandingkan populasi umum. Paling sering menyebabkan kanker paru-paru, tumor pada peritoneum, lambung dan rahim.

• Berdasarkan hasil penelitian ilmiah ekstensif mengenai karsinogen, Badan Internasional untuk Penelitian Kanker telah mengklasifikasikan asbes sebagai salah satu karsinogen paling berbahaya dalam kategori pertama.

Penerapan asbes

• Produksi kain tahan api (termasuk untuk menjahit pakaian petugas pemadam kebakaran).

• Dalam konstruksi (sebagai bagian dari campuran asbes-semen untuk produksi pipa dan batu tulis).

• Di tempat-tempat yang perlu mengurangi pengaruh asam.

Peran polimer anorganik dalam pembentukan litosfer

Litosfer

• Litosfer- cangkang keras bumi. Terdiri dari kerak bumi dan mantel bagian atas, hingga astenosfer.

Litosfer di bawah lautan dan benua sangat bervariasi. Litosfer di bawah benua terdiri dari lapisan sedimen, granit, dan basal dengan ketebalan total hingga 80 km. Litosfer di bawah lautan telah mengalami banyak tahap pencairan parsial sebagai akibat dari pembentukan kerak samudera, sangat terkuras unsur-unsur langka yang dapat melebur, terutama terdiri dari dunit dan harzburgit, ketebalannya 5-10 km, dan granit lapisan sama sekali tidak ada.

Komposisi kimia

Komponen utama kerak bumi dan permukaan tanah Bulan adalah oksida Si dan Al serta turunannya. Kesimpulan ini dapat diambil berdasarkan gagasan yang ada tentang prevalensi batuan basal. Substansi utama kerak bumi adalah magma - suatu bentuk batuan cair yang, bersama dengan mineral cair, mengandung sejumlah besar gas. Ketika magma mencapai permukaan, ia membentuk lava, yang memadat menjadi batuan basal. Komponen kimia utama lava adalah silika, atau silikon dioksida, SiO2. Namun pada suhu tinggi, atom silikon dapat dengan mudah digantikan oleh atom lain, seperti aluminium, sehingga membentuk berbagai jenis aluminosilikat. Secara umum litosfer merupakan matriks silikat dengan masuknya zat lain yang terbentuk sebagai hasil proses fisika dan kimia yang terjadi di masa lalu dalam kondisi suhu dan tekanan tinggi. Baik matriks silikat itu sendiri maupun inklusi di dalamnya sebagian besar mengandung zat dalam bentuk polimer, yaitu polimer anorganik heterochain.

Granit

• Granit - batuan intrusif beku silikat. Terdiri dari kuarsa, plagioklas, kalium feldspar dan mika - biotit dan muskovit. Granit tersebar luas di kerak benua.

Volume granit terbesar terbentuk di zona tumbukan, di mana dua lempeng benua bertabrakan dan terjadi penebalan kerak benua. Menurut beberapa peneliti, seluruh lapisan lelehan granit terbentuk pada kerak tumbukan yang menebal pada tingkat kerak tengah (kedalaman 10-20 km). Selain itu, magmatisme granit merupakan ciri khas tepian benua aktif, dan pada tingkat lebih rendah, ciri busur pulau.

• Komposisi mineral granit:

• feldspar - 60-65%;

• kuarsa - 25-30%;

• mineral berwarna gelap (biotit, jarang hornblende) - 5-10%.

Basal

• Komposisi mineral. Massa dasar terdiri dari mikrolit plagioklas, klinopiroksen, magnetit atau titanomagnetit, serta kaca vulkanik. Mineral aksesori yang paling umum adalah apatit.

• Komposisi kimia. Kandungan silika (SiO2) berkisar antara 45 hingga 52-53%, jumlah oksida alkali Na2O+K2O hingga 5%, dalam basa basa hingga 7%. Oksida lainnya dapat didistribusikan sebagai berikut: 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%;

Kuarsa (Silikon(IV) Oksida, Silika)

Rumus: SiO2

• Rumus: SiO2

• Warna: tidak berwarna, putih, ungu, abu-abu, kuning, coklat

• Warna sifat: putih

• Bersinar: seperti kaca, terkadang berminyak dalam massa padat

• Kepadatan: 2,6-2,65 gram/cm³

• Kekerasan: 7

Sifat kimia

Korundum (Al2O3, alumina)

Rumus: Al2O3

• Rumus: Al2O3

• Warna: biru, merah, kuning, coklat, abu-abu

• Warna sifat: putih

• Bersinar: kaca

• Kepadatan: 3,9-4,1 gram/cm³

• Kekerasan: 9

Telurium

Struktur rantai telurium

• Kristal berbentuk heksagonal, atom-atom di dalamnya membentuk rantai heliks dan dihubungkan melalui ikatan kovalen ke tetangga terdekatnya. Oleh karena itu, unsur telurium dapat dianggap sebagai polimer anorganik. Telurium kristal dicirikan oleh kilau logam, meskipun karena sifat kimianya yang kompleks, telurium dapat diklasifikasikan sebagai non-logam.

Aplikasi telurium

• Produksi bahan semikonduktor

• Produksi karet

• Superkonduktivitas suhu tinggi

Selenium

Struktur rantai selenium

Hitam Abu-abu Merah

Selenium abu-abu

Selenium abu-abu (kadang-kadang disebut logam) memiliki kristal dalam sistem heksagonal. Kisi dasarnya dapat direpresentasikan sebagai kubus yang sedikit berubah bentuk. Semua atomnya tampaknya dirangkai dalam rantai berbentuk spiral, dan jarak antar atom tetangga dalam satu rantai kira-kira satu setengah kali lebih kecil dari jarak antar rantai. Oleh karena itu, kubus dasar terdistorsi.

Penerapan selenium abu-abu

• Selenium abu-abu biasa memiliki sifat semikonduktor; ini adalah semikonduktor tipe-p, yaitu. konduktivitas di dalamnya terutama diciptakan bukan oleh elektron, tetapi oleh “lubang”.

• Sifat lain yang sangat penting dari semikonduktor selenium adalah kemampuannya untuk meningkatkan konduktivitas listrik secara tajam di bawah pengaruh cahaya. Tindakan fotosel selenium dan banyak perangkat lainnya didasarkan pada properti ini.

Selenium merah

• Selenium merah adalah modifikasi amorf yang kurang stabil.

• Polimer dengan struktur rantai tetapi strukturnya tidak tertata dengan baik. Pada kisaran suhu 70-90°C, ia memperoleh sifat seperti karet, berubah menjadi keadaan yang sangat elastis.

• Tidak memiliki titik leleh tertentu.

• Selenium amorf merah dengan meningkatnya suhu (-55) ia mulai berubah menjadi selenium heksagonal abu-abu

Sulfur

Fitur struktural

• Modifikasi plastis belerang dibentuk oleh rantai heliks atom belerang dengan sumbu rotasi kiri dan kanan. Rantai ini dipelintir dan ditarik ke satu arah.

• Belerang plastik tidak stabil dan secara spontan berubah menjadi belerang belah ketupat.

Memperoleh belerang plastik

Penerapan belerang

• Pembuatan asam sulfat;

• Di industri kertas;

• di bidang pertanian (untuk memerangi penyakit tanaman, terutama anggur dan kapas);

• dalam produksi pewarna dan komposisi bercahaya;

• untuk mendapatkan bubuk hitam (berburu);

• dalam produksi korek api;

• salep dan bedak untuk pengobatan penyakit kulit tertentu.

Modifikasi karbon alotropik

Karakteristik komparatif

Penerapan modifikasi karbon alotropik

• Berlian - dalam industri: digunakan untuk membuat pisau, bor, pemotong; dalam pembuatan perhiasan. Masa depan adalah pengembangan mikroelektronika pada substrat berlian.

• Grafit – untuk pembuatan cawan lebur, elektroda; pengisi plastik; moderator neutron dalam reaktor nuklir; komponen komposisi pembuatan timah pensil grafit hitam (dicampur kaolin)

Polimer anorganik adalah istilah yang menjadi terkenal karena penggunaannya secara luas dalam pengecoran investasi. Dan semua itu berkat sifat-sifat yang melekat pada bahan-bahan tersebut. Namun pentingnya polimer anorganik bagi manusia jauh lebih luas, dan cakupan penerapannya jauh melampaui cakupan teknologi ini.

Apa itu polimer anorganik

Yang lebih umum adalah polimer anorganik yang berasal dari alam yang ditemukan di kerak bumi.

Paling sering itu adalah produk sintesis unsur-unsur golongan III-VI dari sistem periodik Mendeleev. Disebut anorganik karena didasarkan pada rantai utama anorganik dan tidak memiliki radikal samping organik. Ikatan muncul sebagai hasil dari salah satu dari dua proses - polikondensasi atau polimerisasi.

Secara umum, polimer anorganik adalah bahan sintesis buatan yang menggantikan bahan alami. Pada saat yang sama, penciptanya mengejar tujuan untuk membuatnya lebih murah. Polimer modern memiliki karakteristik yang lebih unggul dibandingkan polimer alami yang ada. Materi telah diciptakan yang tidak dimiliki alam sama sekali. Hal ini memastikan popularitas dan keragaman mereka.

Klasifikasi

Daftar jenis yang jelas belum terbentuk, tetapi ada beberapa kelompok utama polimer anorganik yang berbeda dalam strukturnya. Bahan-bahan tersebut adalah:

• linier;
• datar;
• bercabang;
• tiga dimensi, dll.

Juga dibedakan berdasarkan asalnya:

• alami;
• palsu.

Berdasarkan pembentukan rantai:

• heterorantai;
• rantai homo.

Jenis polimer anorganik

Asbes adalah salah satu polimer yang paling umum. Strukturnya adalah bahan berserat halus - silikat. Ini mengandung molekul zat besi, magnesium, kalsium dan natrium. Produksi polimer ini dianggap berbahaya bagi manusia, namun produk yang dibuat darinya benar-benar aman.

Silikon juga telah menemukan penerapannya karena lebih unggul dari karet alam dalam banyak karakteristik. Kekuatan dan elastisitas disediakan oleh kombinasi oksigen dan silikon. Polisilikonsan tahan terhadap efek mekanis, suhu, dan deformasi. Pada saat yang sama, bentuk dan strukturnya tetap tidak berubah.

Karabin menggantikan berlian. Ini juga tahan lama, yang diperlukan di banyak industri. Polimer ini dicirikan oleh kemampuannya menahan suhu hingga 5.000 ºC. Ciri khususnya adalah peningkatan konduktivitas listrik di bawah pengaruh gelombang cahaya.

Grafit diketahui semua orang yang pernah mengambil pensil. Ciri khusus polimer hidrokarbon adalah struktur planarnya. Mereka menghantarkan pelepasan listrik dan panas, tetapi menyerap gelombang cahaya sepenuhnya.

Polimer berdasarkan selenium, boron, dan elemen lainnya juga diproduksi, yang memberikan beragam karakteristik.

Karakteristik polimer anorganik

Saat membuat bahan polimer, kualitas produk akhir didasarkan pada:

• fleksibilitas dan elastisitas;
• kekuatan tekan, puntir, tarik;
• keadaan agregasi; tahan suhu;
• konduktivitas listrik;
• kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dll.

selama pembuatan, mereka mengambil zat murni, menjalani proses polimerisasi tertentu, dan hasilnya adalah polimer sintetik (anorganik), yang:

1. Tahan terhadap suhu ekstrim.
2. Mampu kembali ke bentuk aslinya setelah deformasi di bawah pengaruh kekuatan mekanik eksternal.
3. Mereka menjadi seperti kaca ketika dipanaskan sampai suhu kritis.
4. Mereka mampu mengubah struktur selama transisi dari volumetrik ke planar, yang menjamin viskositas.

Kemampuan untuk bertransformasi digunakan dalam pengecoran cetakan. Setelah pendinginan, polimer anorganik mengeras dan juga memperoleh berbagai kualitas dari keras yang tahan lama hingga fleksibel dan elastis. Pada saat yang sama, keamanan lingkungan terjamin, yang tidak dapat dibanggakan oleh plastik biasa. Bahan polimer tidak bereaksi dengan oksigen, dan ikatan yang kuat mencegah pelepasan molekul.

Lingkup aplikasi

Ada berbagai macam polimer. Setiap tahun, para ilmuwan mengembangkan teknologi baru yang memungkinkan produksi bahan dengan indikator kualitas berbeda. Dan sekarang polimer ditemukan baik di industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Tidak ada konstruksi yang lengkap tanpa asbes. Itu hadir dalam batu tulis, pipa khusus, dll. Semen digunakan sebagai elemen pengikat.

Silikon adalah bahan penutup yang sangat baik yang digunakan oleh pembangun. Industri otomotif, produksi peralatan industri, dan barang konsumsi didasarkan pada polimer, yang memungkinkan tercapainya kekuatan, daya tahan, dan kekencangan yang tinggi.

Dan kembali ke asbes, perlu disebutkan bahwa kemampuan menahan panas memungkinkan terciptanya pakaian untuk petugas pemadam kebakaran.

Jika berbicara tentang berlian, biasanya diidentikkan dengan berlian yang dipoles (berlian potong). Beberapa polimer anorganik tidak kalah dengan kristal alami ini, yang diperlukan dalam berbagai bidang industri, termasuk produksi berlian. Dalam bentuk remah-remah, bahan ini diaplikasikan pada ujung tombak. Hasilnya adalah gigi seri yang bisa memotong apa saja. Ini adalah bahan abrasif yang sangat baik yang digunakan untuk pengamplasan. Elbor, borazon, cyborite, kingsongite, cubonite adalah senyawa super kuat.

Jika perlu mengolah logam atau batu, digunakan polimer anorganik yang dibuat melalui sintesis boron. Setiap roda gerinda yang dijual di supermarket konstruksi mengandung bahan ini. Untuk produksi elemen dekoratif, misalnya, selenium karbida digunakan. Ini menghasilkan analog dari kristal batu. Namun daftar kelebihan dan daftar aplikasinya tidak terbatas pada hal ini saja.

Klorida fosfornitrida dibentuk dengan menggabungkan fosfor, nitrogen, dan klorin. Properti dapat bervariasi dan bergantung pada massa. Bila ukurannya besar maka terbentuklah analogi karet alam. Baru sekarang mampu menahan suhu hingga 350 derajat. Tidak ada reaksi yang diamati di bawah pengaruh senyawa organik. Dan dalam kisaran suhu yang diizinkan, sifat-sifat produk tidak berubah.

Sifat khusus yang digunakan oleh manusia

Intinya adalah sebagai hasil sintesis, makromolekul bertipe tiga dimensi (tiga dimensi) terbentuk. Kekuatan berasal dari ikatan dan struktur yang kuat. Sebagai suatu unsur kimia, polimer anorganik berperilaku amorf dan tidak bereaksi dengan unsur dan senyawa lain. Fitur ini memungkinkan mereka untuk digunakan dalam industri kimia, obat-obatan, dan produksi makanan.

Ketahanan termal melebihi semua indikator yang dimiliki bahan alami. Jika serat digunakan untuk membentuk rangka yang diperkuat, maka struktur seperti itu dapat menahan suhu hingga 220 derajat di udara. Dan jika kita berbicara tentang bahan boron, maka batas kekuatan suhunya naik hingga 650 derajat. Itulah sebabnya penerbangan luar angkasa tanpa polimersan tidak mungkin dilakukan.

Tapi ini kalau kita berbicara tentang kualitas yang lebih unggul dari yang alami. Produk yang dibuat dari senyawa tersebut, yang kualitasnya mirip dengan produk alami, memiliki arti khusus bagi manusia. Hal ini memungkinkan untuk mengurangi biaya pakaian dengan mengganti, misalnya dengan kulit. Pada saat yang sama, praktis tidak ada perbedaan eksternal.

Dalam dunia kedokteran, harapan khusus diberikan pada polimer anorganik. Bahan-bahan ini direncanakan akan digunakan untuk memproduksi jaringan dan organ buatan, prostetik, dll. Ketahanan terhadap bahan kimia memungkinkan produk diolah dengan zat aktif, yang menjamin sterilitas. Alat tersebut menjadi awet, berguna dan aman bagi manusia.

Polimer organik memainkan peran penting di alam. Selain itu, mereka banyak digunakan dalam industri. Selanjutnya, komposisi, sifat, dan penggunaan polimer organik dipertimbangkan.

Keunikan

Bahan yang dipertimbangkan terdiri dari monomer yang diwakili oleh fragmen berulang dari struktur beberapa atom. Mereka dihubungkan menjadi struktur tiga dimensi atau rantai berbentuk bercabang atau linier karena polikondensasi atau polimerisasi. Mereka sering terlihat jelas dalam strukturnya.

Harus dikatakan bahwa istilah "polimer" merujuk terutama pada pilihan organik, meskipun senyawa anorganik juga ada.

Prinsip penamaan bahan yang dimaksud adalah dengan menempelkan awalan poli pada nama monomernya.

Sifat-sifat polimer ditentukan oleh struktur dan ukuran makromolekul.

Selain makromolekul, sebagian besar polimer mencakup zat lain yang berfungsi untuk meningkatkan karakteristik fungsional dengan memodifikasi sifat. Mereka disajikan:

• stabilisator (mencegah reaksi penuaan);
• pengisi (penyertaan keadaan fase berbeda yang berfungsi untuk memberikan sifat tertentu);
• pemlastis (meningkatkan ketahanan beku, mengurangi suhu pemrosesan dan meningkatkan elastisitas);
• pelumas (memungkinkan Anda menghindari menempelnya elemen logam pada peralatan yang digunakan dalam pemrosesan);
• pewarna (berfungsi untuk tujuan dekoratif dan untuk membuat tanda);
• penghambat api (mengurangi sifat mudah terbakar beberapa polimer);
• fungisida, antiseptik, insektisida (memberikan sifat antiseptik dan ketahanan terhadap serangga dan jamur jamur).

Di lingkungan alam, bahan-bahan tersebut terbentuk di dalam organisme.

Selain itu, terdapat senyawa yang strukturnya mirip dengan polimer, yang disebut oligomer. Perbedaannya terletak pada jumlah unit yang lebih kecil dan perubahan sifat awal ketika satu atau lebih unit dihilangkan atau ditambahkan, sedangkan parameter polimer dipertahankan. Selain itu, belum ada pendapat yang jelas mengenai hubungan antara senyawa-senyawa tersebut. Beberapa orang menganggap oligomer sebagai varian polimer dengan berat molekul rendah, sementara yang lain menganggapnya sebagai jenis senyawa terpisah yang tidak memiliki berat molekul tinggi.

Klasifikasi

Polimer dibedakan berdasarkan susunan satuannya menjadi:

• organik;
• elemen organo;
• anorganik.

Yang pertama berfungsi sebagai dasar bagi sebagian besar plastik.

Zat jenis kedua meliputi hidrokarbon (organik) dan fragmen anorganik dalam satuannya.

Menurut strukturnya, mereka dibedakan menjadi:

• varian di mana atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda dibingkai oleh gugus organik;
• zat yang atom karbonnya bergantian dengan atom lain;
• bahan dengan rantai karbon yang dibingkai oleh kelompok organoelemen.

Semua tipe yang disajikan memiliki sirkuit utama.

Polimer anorganik yang paling umum adalah aluminosilikat dan silikat. Ini adalah mineral utama kerak planet.

Berdasarkan asalnya, polimer diklasifikasikan menjadi:

• alami;
• sintetis (disintesis);
• dimodifikasi (varian modifikasi dari kelompok pertama).

Yang terakhir ini dibagi menurut metode produksinya menjadi:

• polikondensasi;
• polimerisasi

Polikondensasi adalah proses pembentukan makromolekul dari molekul monomer yang mengandung lebih dari satu gugus fungsi dengan pelepasan NH3, air dan zat lainnya.

Polimerisasi mengacu pada proses pembentukan makromolekul dengan banyak ikatan dari monomer.

Klasifikasi berdasarkan struktur makromolekul meliputi:

• bercabang;
• linier;
• jahitan tiga dimensi;
• tangga

Berdasarkan responnya terhadap efek termal, polimer dibedakan menjadi:

• termoset;
• termoplastik.

Substansi tipe pertama diwakili oleh varian spasial dengan kerangka kaku. Ketika dipanaskan, mereka mengalami kehancuran dan beberapa terbakar. Hal ini disebabkan oleh kekuatan sambungan internal dan sambungan rantai yang sama. Akibatnya, efek termal menyebabkan putusnya rantai dan struktur, sehingga terjadi kerusakan permanen.

Opsi termoplastik diwakili oleh polimer linier yang melunak secara reversibel saat dipanaskan dan mengeras saat didinginkan. Properti mereka kemudian dilestarikan. Plastisitas zat ini disebabkan oleh putusnya ikatan rantai antarmolekul dan hidrogen pada pemanasan sedang.

Terakhir, menurut ciri strukturalnya, polimer organik dibagi menjadi beberapa kelas.

1. Termoplastik lemah dan non-polar. Mereka disajikan dalam varian dengan struktur molekul simetris atau dengan ikatan polar lemah.
2. Termoplastik polar. Jenis ini mencakup zat dengan struktur molekul asimetris dan momen dipolnya sendiri. Mereka kadang-kadang disebut dielektrik frekuensi rendah. Karena polaritasnya, mereka menarik kelembapan dengan baik. Selain itu, sebagian besar dapat dibasahi. Zat ini juga berbeda dengan golongan sebelumnya karena mempunyai hambatan listrik yang lebih rendah. Selain itu, banyak termoplastik polar memiliki ciri elastisitas tinggi, ketahanan kimia, dan kekuatan mekanik. Pemrosesan tambahan memungkinkan senyawa ini diubah menjadi bahan seperti karet yang fleksibel.
3. Polimer termoset. Seperti disebutkan di atas, ini adalah zat dengan sistem spasial ikatan kovalen. Mereka berbeda dari opsi termoplastik dalam kekerasan, ketahanan panas dan kerapuhan, modulus elastisitas yang lebih tinggi dan koefisien ekspansi linier yang lebih rendah. Selain itu, polimer tersebut tidak rentan terhadap pelarut konvensional. Mereka berfungsi sebagai dasar bagi banyak zat.
4. Plastik laminasi. Mereka diwakili oleh bahan berlapis yang terbuat dari lembaran kertas yang diresapi resin, fiberglass, veneer kayu, kain, dll. Polimer semacam itu dicirikan oleh karakteristik dan kekuatan anisotropi terbesar. Tapi mereka tidak banyak berguna untuk membuat objek dengan konfigurasi yang kompleks. Mereka digunakan dalam radio, teknik elektro, dan pembuatan instrumen.
5. Logam-plastik. Ini adalah polimer yang mencakup pengisi logam dalam bentuk serat, bubuk, dan kain. Aditif ini berfungsi untuk memberikan sifat tertentu: magnetis, meningkatkan redaman, konduktivitas listrik dan termal, penyerapan dan refleksi gelombang radio.

Properti

Banyak polimer organik memiliki parameter isolasi listrik yang baik pada rentang tegangan, frekuensi dan suhu yang luas, dan pada kelembaban tinggi. Selain itu, mereka memiliki karakteristik insulasi suara dan panas yang baik. Polimer organik juga biasanya memiliki ciri ketahanan yang tinggi terhadap serangan kimia dan tidak mudah membusuk atau korosi. Terakhir, material ini memiliki kekuatan besar dengan kepadatan rendah.

Contoh di atas menunjukkan karakteristik yang umum pada polimer organik. Selain itu, beberapa di antaranya dibedakan berdasarkan ciri-ciri khusus: transparansi dan kerapuhan rendah (kaca organik, plastik), orientasi makromolekul dengan pengaruh mekanis terarah (serat, film), elastisitas tinggi (karet), perubahan cepat dalam parameter fisik dan mekanik di bawah kondisi pengaruh suatu reagen dalam jumlah kecil (karet, kulit, dll), serta viskositas tinggi pada konsentrasi rendah, transparansi radio, karakteristik anti gesekan, diamagnetisme, dll.

Aplikasi

Karena parameter di atas, polimer organik memiliki beragam aplikasi. Dengan demikian, kombinasi kekuatan tinggi dengan kepadatan rendah memungkinkan diperolehnya bahan dengan kekuatan spesifik tinggi (kain: kulit, wol, bulu, katun, dll; plastik).

Selain yang disebutkan, bahan lain juga dihasilkan dari polimer organik: karet, cat dan pernis, perekat, pernis isolasi listrik, bahan berserat dan film, senyawa, bahan pengikat (kapur, semen, tanah liat). Mereka digunakan untuk kebutuhan industri dan rumah tangga.

Namun, polimer organik memiliki kelemahan praktis yang signifikan - penuaan. Istilah ini mengacu pada perubahan karakteristik dan ukurannya sebagai akibat dari transformasi fisik dan kimia yang terjadi di bawah pengaruh berbagai faktor: abrasi, pemanasan, iradiasi, dll. Penuaan terjadi melalui reaksi tertentu tergantung pada jenis bahan dan faktor yang mempengaruhinya. Yang paling umum di antara mereka adalah kehancuran, yang menyiratkan pembentukan zat dengan berat molekul lebih rendah karena putusnya ikatan kimia rantai utama. Berdasarkan penyebabnya, kehancuran dibagi menjadi termal, kimia, mekanik, fotokimia.

Cerita

Penelitian polimer mulai berkembang pada tahun 40-an. abad XX dan muncul sebagai bidang ilmu independen pada pertengahan abad ini. Hal ini disebabkan oleh perkembangan pengetahuan tentang peran zat-zat tersebut dalam dunia organik dan identifikasi kemungkinan penggunaannya dalam industri.

Pada saat yang sama, polimer rantai diproduksi pada awal abad ke-20.

Pada pertengahan abad ini, mereka menguasai produksi polimer isolasi listrik (polivinil klorida dan polistiren) dan kaca plexiglass.

Pada awal paruh kedua abad ini, produksi kain polimer meluas karena kembalinya bahan yang diproduksi sebelumnya dan munculnya pilihan baru. Diantaranya adalah katun, wol, sutra, lavsan. Pada periode yang sama, berkat penggunaan katalis, produksi polietilen dan polipropilen bertekanan rendah serta varian kristalisasi stereoregular dimulai. Beberapa saat kemudian, mereka menguasai produksi massal sealant paling terkenal, bahan berpori dan perekat, diwakili oleh poliuretan, serta polimer organoelemen, yang berbeda dari analog organik dalam elastisitas dan ketahanan panas yang lebih besar (polisiloksan).

Pada tahun 60an - 70an. Polimer organik unik dengan komponen aromatik, ditandai dengan ketahanan dan kekuatan panas yang tinggi, telah dibuat.

Produksi polimer organik masih berkembang secara intensif. Hal ini disebabkan oleh kemungkinan penggunaan material murah seperti batu bara, gas ikutan dari penyulingan dan produksi minyak, serta gas alam, serta air dan udara sebagai bahan baku bagi sebagian besar material tersebut.

Pada tahun 1833, J. Berzelius menciptakan istilah “polimerisme”, yang ia gunakan untuk menyebut salah satu jenis isomerisme. Zat tersebut (polimer) harus mempunyai komposisi yang sama, tetapi berat molekulnya berbeda, seperti etilen dan butilena. Kesimpulan J. Berzelius tidak sesuai dengan pemahaman modern tentang istilah “polimer”, karena polimer (sintetis) yang sebenarnya belum diketahui pada saat itu. Polimer sintetik pertama kali disebutkan pada tahun 1838 (polivinilidena klorida) dan 1839 (polistirena).

Kimia polimer muncul hanya setelah A. M. Butlerov menciptakan teori struktur kimia senyawa organik dan dikembangkan lebih lanjut berkat pencarian intensif metode sintesis karet (G. Bushard, W. Tilden, K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev) . Sejak awal tahun 20-an abad ke-20, gagasan teoritis tentang struktur polimer mulai berkembang.

DEFINISI

Polimer- senyawa kimia dengan berat molekul tinggi (dari beberapa ribu hingga jutaan), yang molekulnya (makromolekul) terdiri dari sejumlah besar gugus berulang (unit monomer).

Klasifikasi polimer

Klasifikasi polimer didasarkan pada tiga ciri: asal usulnya, sifat kimianya, dan perbedaan rantai utamanya.

Dilihat dari asalnya, semua polimer dibedakan menjadi alami (alami), yang meliputi asam nukleat, protein, selulosa, karet alam, amber; sintetis (diperoleh di laboratorium melalui sintesis dan tidak memiliki analog alami), yang meliputi poliuretan, polivinilidena fluorida, resin fenol-formaldehida, dll.; buatan (diperoleh di laboratorium melalui sintesis, tetapi berdasarkan polimer alami) - nitroselulosa, dll.

Berdasarkan sifat kimianya, polimer dibedakan menjadi polimer organik (berdasarkan monomer - zat organik - semua polimer sintetik), anorganik (berdasarkan Si, Ge, S dan unsur anorganik lainnya - polisilan, asam polisilat) dan unsur organo (a campuran polimer organik dan anorganik – polisoksan) dari alam.

Ada polimer homochain dan heterochain. Dalam kasus pertama, rantai utama terdiri dari atom karbon atau silikon (polisilana, polistiren), yang kedua - kerangka berbagai atom (poliamida, protein).

Sifat fisik polimer

Polimer dicirikan oleh dua keadaan agregasi - kristal dan amorf - dan sifat khusus - elastisitas (deformasi reversibel di bawah beban ringan - karet), kerapuhan rendah (plastik), orientasi di bawah aksi medan mekanik terarah, viskositas tinggi, dan pembubaran polimer terjadi melalui pembengkakannya.

Persiapan polimer

Reaksi polimerisasi adalah reaksi berantai yang mewakili penambahan berurutan molekul senyawa tak jenuh satu sama lain dengan pembentukan produk dengan berat molekul tinggi - polimer (Gbr. 1).

Beras. 1. Skema umum produksi polimer

Misalnya, polietilen diproduksi melalui polimerisasi etilen. Berat molekul suatu molekul mencapai 1 juta.

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

Sifat kimia polimer

Pertama-tama, polimer akan dikarakterisasi berdasarkan reaksi karakteristik gugus fungsi yang ada dalam polimer. Misalnya, jika suatu polimer mengandung gugus hidrokso yang merupakan ciri dari golongan alkohol, maka polimer tersebut akan ikut serta dalam reaksi seperti alkohol.

Kedua, interaksi dengan senyawa berbobot molekul rendah, interaksi polimer satu sama lain dengan terbentuknya jaringan atau polimer bercabang, reaksi antar gugus fungsi yang merupakan bagian dari polimer yang sama, serta penguraian polimer menjadi monomer (penghancuran polimer). rantai).

Penerapan polimer

Produksi polimer telah banyak diterapkan di berbagai bidang kehidupan manusia - industri kimia (produksi plastik), konstruksi mesin dan pesawat terbang, perusahaan penyulingan minyak, kedokteran dan farmakologi, pertanian (produksi herbisida, insektisida, pestisida), industri konstruksi ( isolasi suara dan panas), produksi mainan, jendela, pipa, barang-barang rumah tangga.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

CONTOH 1

Praktis tidak ada orang di dunia modern yang tidak memiliki gagasan tentang polimer. Polimer menjalani kehidupan bersama seseorang, membuat hidupnya semakin nyaman dan nyaman. Saat menyebutkan polimer, asosiasi pertama adalah dengan zat organik sintetik, karena lebih terlihat. Polimer alami - zat organik alami - meskipun jumlahnya lebih banyak di dunia sekitar kita, dalam persepsi asosiatif seseorang, polimer tersebut memudar ke latar belakang. Mereka selalu mengelilingi kita, namun tidak ada yang memikirkan sifat asal usul flora dan fauna. Selulosa, pati, lignin, karet, protein dan asam nukleat merupakan bahan utama yang digunakan alam untuk menciptakan dunia hewan dan tumbuhan di sekitar kita. Dan sama sekali tidak ada yang akan menganggap batu mulia, grafit, mika, pasir dan tanah liat, kaca dan semen sebagai polimer. Namun demikian, ilmu pengetahuan telah membuktikan fakta tentang struktur polimer dari banyak senyawa anorganik, termasuk yang tercantum di atas. Zat polimer terdiri dari makromolekul. Ketika polimer terbentuk, sejumlah besar atom atau kelompok atom terikat satu sama lain melalui ikatan kimia - kovalen atau koordinasi. Makromolekul polimer mengandung puluhan, ratusan, ribuan atau puluhan ribu atom atau unit dasar yang berulang. Informasi tentang struktur polimer diperoleh dengan mempelajari sifat-sifat larutan, struktur kristal, serta sifat mekanik dan fisikokimia zat anorganik. Untuk mendukung hal di atas, perlu dicatat bahwa terdapat cukup banyak literatur ilmiah yang mengkonfirmasi fakta struktur polimer beberapa zat anorganik.

Pernyataan logisnya adalah: mengapa ada begitu banyak informasi tentang polimer organik sintetik dan sedikit informasi tentang polimer anorganik? Jika ada zat polimer anorganik, apa sebenarnya zat tersebut dan di mana penggunaannya? Beberapa contoh polimer anorganik diberikan di atas. Ini adalah zat-zat terkenal yang diketahui semua orang, tetapi hanya sedikit orang yang mengetahui bahwa zat-zat ini dapat diklasifikasikan sebagai polimer. Pada umumnya, rata-rata orang tidak peduli apakah grafit dapat diklasifikasikan sebagai polimer atau tidak; sedangkan untuk batu mulia, bagi sebagian orang bahkan mungkin tidak sopan menyamakan perhiasan mahal dengan perhiasan plastik murah. Namun demikian, jika ada alasan untuk menyebut beberapa zat anorganik sebagai polimer, mengapa tidak membicarakannya. Mari kita lihat beberapa perwakilan dari bahan-bahan tersebut dan lihat lebih detail yang paling menarik.
Sintesis polimer anorganik seringkali membutuhkan bahan awal yang sangat murni, serta suhu dan tekanan yang tinggi. Metode utama produksinya, seperti polimer organik, adalah polimerisasi, polikondensasi, dan polikoordinasi. Polimer anorganik paling sederhana mencakup senyawa homochain yang terdiri dari rantai atau kerangka yang dibangun dari atom identik. Selain karbon yang terkenal, yang merupakan unsur utama yang terlibat dalam pembentukan hampir semua polimer organik, unsur lain juga dapat berpartisipasi dalam pembentukan makromolekul. Unsur-unsur tersebut antara lain boron dari golongan ketiga, silikon, germanium dan timah dari golongan keempat, yang juga meliputi karbon, fosfor, arsenik, antimon dan bismut dari golongan kelima, belerang, selenium, telurium dari golongan keenam. Terutama polimer homochain yang diperoleh dari unsur-unsur ini digunakan dalam elektronik dan optik. Industri elektronik berkembang dengan pesat dan permintaan kristal sintetis telah lama melebihi pasokan. Namun yang patut mendapat perhatian khusus adalah karbon dan polimer anorganik yang diproduksi berdasarkan bahan tersebut: intan dan grafit. Grafit merupakan material terkenal yang telah diterapkan di berbagai industri. Pensil, elektroda, cawan lebur, cat, dan pelumas terbuat dari grafit. Ribuan ton grafit digunakan untuk kebutuhan industri nuklir karena sifatnya yang memperlambat neutron. Dalam artikel ini kita akan membahas lebih detail tentang perwakilan paling menarik dari polimer anorganik - batu mulia.
Perwakilan polimer anorganik yang paling menarik, megah, dan disukai wanita adalah berlian. Berlian adalah mineral yang sangat mahal, yang juga dapat diklasifikasikan sebagai polimer anorganik; berlian ditambang di alam oleh lima perusahaan besar: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. Perusahaan DeBeers-lah yang menciptakan reputasi batu-batu ini. Pemasaran yang cerdas bermuara pada slogan, “selamanya.” DeBeers telah mengubah batu ini menjadi simbol cinta, kemakmuran, kekuasaan, dan kesuksesan. Fakta menariknya, berlian cukup sering ditemukan di alam, misalnya safir dan rubi, yang merupakan mineral langka, namun nilainya lebih rendah dibandingkan berlian. Yang paling menarik adalah situasi yang berkembang di pasar berlian alam. Faktanya, ada teknologi yang memungkinkan diperolehnya berlian sintetis. Pada tahun 1954, peneliti General Electric Tracy Hall menemukan perangkat yang memungkinkan diperolehnya kristal berlian dari besi sulfida pada tekanan 100.000 atmosfer dan suhu lebih dari 2500ºC. Kualitas batu-batu ini tidak tinggi dari segi perhiasan, tetapi kekerasannya sama dengan batu alam. Penemuan Hall ditingkatkan dan pada tahun 1960 General Electric menciptakan pabrik yang memungkinkan untuk memproduksi berlian berkualitas permata. Sisi negatifnya adalah harga batu sintetis lebih mahal dibandingkan batu alam.
Saat ini, ada dua teknologi untuk mensintesis berlian. Teknologi HPHT (tekanan tinggi/suhu tinggi) merupakan sintesis berlian dengan kombinasi tekanan tinggi dan suhu tinggi. Teknologi CVD (chemical vapour deposition) merupakan teknologi deposisi uap kimia yang dinilai lebih progresif dan memungkinkan Anda menumbuhkan intan, seolah-olah mensimulasikan kondisi alami pertumbuhannya. Kedua teknologi tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan. Kampanye yang menggunakan teknologi ini memecahkan kekurangan teknologi dengan menggunakan penemuan dan pengembangan mereka sendiri. Misalnya, pada tahun 1989, sekelompok ilmuwan Soviet dari Novosibirsk berhasil mengurangi tekanan fusi hingga 60.000 atmosfer. Setelah runtuhnya Uni Soviet, perkembangan di bidang sintesis berlian tidak terhenti karena banyak investor asing yang tertarik untuk memperoleh teknologi sintesis murah batu permata berkualitas tinggi. Misalnya, DeBeers, agar tidak kehilangan kesempatan mengendalikan pasar, mendanai pekerjaan beberapa ilmuwan. Beberapa pengusaha swasta membeli peralatan sintesis berlian di Rusia, misalnya, perusahaan Amerika yang kini berkembang pesat, Gemesis, memulai dengan membeli instalasi penanaman berlian di Rusia pada tahun 1996 seharga $60.000. Kini Gemesis memproduksi dan menjual berlian dengan warna langka: kuning dan biru, dan selisih harga antara batu alam tersebut dengan batu alam yang sama persis mencapai 75%.

Perusahaan besar lain yang mensintesis intan, Apollo Diamond, meningkatkan teknologi HPHT dengan mensintesis batu dalam atmosfer gas dengan komposisi tertentu (teknologi simbiosis HPHT dan CVD). Metode ini membawa Apollo Diamond ke pasar batu perhiasan; pada saat yang sama, kualitas berlian sintetis yang ditanam menggunakan teknologi ini sangat tinggi. Ahli gemotologi semakin sulit membedakan batu sintetis dengan batu alam. Hal ini memerlukan analisis yang kompleks dengan menggunakan peralatan yang cukup kompleks dan mahal. Berlian permata sintetis Apollo Diamond hampir mustahil dibedakan dari mineral alami menggunakan metode analisis standar.

Produksi berlian dunia kini mencapai 115 juta karat atau 23 ton per tahun. Secara teoritis, pasar raksasa ini bisa runtuh dan reputasi berlian sebagai batu berharga akan hilang selamanya. Perusahaan monopoli berinvestasi dalam menstabilkan situasi dan mengendalikan pasar. Misalnya, kampanye pemasaran yang mahal dilakukan, paten untuk teknologi pembuatan berlian buatan dibeli sehingga teknologi ini tidak pernah diperkenalkan, sertifikat dan paspor kualitas dikeluarkan untuk berlian bermerek yang mengonfirmasi asal usul alaminya. Namun apakah hal ini akan menghambat kemajuan teknologi fusi?

Setelah berbicara tentang berlian, perhatian kita teralihkan oleh kecemerlangan batu mulia di industri perhiasan, namun kita juga harus menyebutkan batu industri. Dalam hal ini, sebagian besar perusahaan penanaman berlian beroperasi terutama untuk kebutuhan industri elektronik dan optik. Pasar batu industri mungkin tidak semenarik pasar perhiasan, namun tetap saja pasar ini sangat besar. Misalnya, pendapatan utama Apollo Diamond adalah sintesis piringan berlian tipis untuk semikonduktor. Omong-omong, kini instalasi sintesis berlian dengan produktivitas sekitar 200 kg berlian per bulan bisa dibeli seharga 30 ribu rupiah.

Perwakilan lain dari batu mulia adalah ruby. Batu rubi sintetis pertama lahir pada tahun 1902. Itu disintesis oleh insinyur Perancis Verneuil dengan melelehkan aluminium oksida dan bubuk kromium, yang kemudian dikristalisasi menjadi rubi seberat enam gram. Kesederhanaan sintesis ini memungkinkan perkembangan produksi industri batu rubi yang relatif pesat di seluruh dunia. Batu ini banyak diminati. Setiap tahun sekitar 5 ton batu rubi ditambang di dunia, dan kebutuhan pasar mencapai ratusan ton. Rubi dibutuhkan dalam industri jam tangan dan produksi laser. Teknologi yang diusulkan oleh Verneuil kemudian memberikan prasyarat untuk sintesis safir dan garnet. Produksi batu rubi buatan terbesar berlokasi di Perancis, Swiss, Jerman, Inggris Raya, dan Amerika Serikat. Keekonomian produksi adalah sebagai berikut. Bagian terbesar dari biaya tersebut dikonsumsi oleh biaya energi. Pada saat yang sama, biaya sintesis satu kilogram batu rubi adalah 60 dolar, biaya satu kilogram safir adalah 200 dolar. Profitabilitas bisnis semacam itu sangat tinggi, karena harga pembelian kristal setidaknya dua kali lebih tinggi. Di sini sejumlah faktor harus diperhitungkan, seperti fakta bahwa semakin besar kristal tunggal yang ditanam, semakin rendah biayanya; juga, ketika memproduksi produk dari kristal, harganya akan jauh lebih tinggi daripada harga kristal yang dijual (misalnya misalnya, produksi dan penjualan kaca). Sedangkan untuk peralatan, instalasi Rusia untuk menumbuhkan kristal berharga sekitar 50 ribu dolar, instalasi Barat jauh lebih mahal, sedangkan periode pengembalian untuk produksi terorganisir rata-rata dua tahun. Seperti yang telah disebutkan, kebutuhan pasar akan kristal sintetis sangat besar. Misalnya saja kristal safir yang banyak diminati. Sekitar seribu ton safir disintesis di seluruh dunia setiap tahunnya. Kebutuhan produksi tahunan mencapai satu juta ton!
Zamrud disintesis khusus untuk kebutuhan industri perhiasan. Berbeda dengan kristal lainnya, zamrud diperoleh bukan dari lelehannya, melainkan dari larutan boron ahidrida pada suhu 400 °C dan tekanan 500 atmosfer dalam ruang hidrotermal. Anehnya, ekstraksi batu alam hanya 500 kilogram per tahun. Zamrud sintetis juga diproduksi di dunia dalam jumlah yang tidak sebesar kristal lainnya, sekitar satu ton per tahun. Faktanya adalah bahwa teknologi untuk mensintesis zamrud memiliki produktivitas yang rendah, namun profitabilitas produksi tersebut tinggi. Dengan memproduksi sekitar 5 kilogram kristal per bulan dengan biaya $200 per kilogram, harga jual zamrud sintetis hampir sama dengan harga zamrud alami. Biaya instalasi sintesis zamrud adalah sekitar 10 ribu dolar.
Namun kristal sintetis yang paling populer adalah silikon. Mungkin ini akan memberi peluang pada batu berharga apa pun. Saat ini, silikon menempati 80% dari total pasar kristal sintetis. Pasar sedang mengalami kekurangan silikon karena pesatnya perkembangan teknologi tinggi. Saat ini, profitabilitas produksi silikon melebihi 100%. Harga satu kilogram silikon sekitar $100 per kilogram, sedangkan biaya sintesisnya mencapai $25.

Silikon ultra murni digunakan sebagai semikonduktor. Fotosel surya dengan efisiensi tinggi dibuat dari kristalnya. Silikon, seperti karbon, dapat membuat rantai molekul panjang dari atom-atomnya. Dengan cara ini diperoleh silan dan karet yang memiliki sifat luar biasa. Beberapa tahun lalu, seluruh dunia dihebohkan dengan berita eksperimen insinyur Amerika Walter Robbs, yang berhasil menghasilkan lapisan karet silikon setebal 0,0025 sentimeter. Dia menutupi kandang tempat tinggal hamster dengan karet ini dan menurunkan hamster tersebut ke dalam akuarium. Selama beberapa jam, hamster kapal selam pertama di dunia menghirup oksigen terlarut dalam air, dan dalam keadaan waspada serta tidak menunjukkan tanda-tanda kecemasan. Ternyata film tersebut berperan sebagai membran, yang fungsinya sama seperti insang ikan. Film ini memungkinkan molekul gas kehidupan masuk, sementara karbon dioksida dipaksa keluar melalui film. Penemuan ini memungkinkan untuk mengatur kehidupan manusia di bawah air dengan memindahkan silinder berisi campuran pernapasan dan generator oksigen.

Silikon tersedia dalam tiga jenis: silikon metalurgi (MG), silikon kelas elektronik (EG), dan silikon kelas surya (SG). Karena serangkaian krisis energi, teknologi energi alternatif diperkenalkan secara intensif. Diantaranya adalah konversi energi matahari menjadi energi listrik, yaitu penggunaan instalasi tenaga surya yang menggunakan baterai tenaga surya. Komponen penting sel surya adalah silikon. Di Ukraina, pabrik titanium-magnesium Zaporozhye memproduksi silikon untuk panel surya. Di bawah Uni Soviet, perusahaan ini memproduksi 200 ton silikon, dengan volume produksi seluruh Uni Soviet sebesar 300 ton. Penulis saat ini tidak mengetahui apa pun tentang situasi produksi silikon di Zaporozhye. Biaya penyelenggaraan produksi modern silikon polikristalin untuk kebutuhan industri energi dengan kapasitas 1000 ton per tahun adalah sekitar 56 juta dolar. Sintesis silikon untuk berbagai kebutuhan di seluruh dunia menempati urutan pertama dalam permintaan dan akan mempertahankan posisi ini dalam waktu yang lama.

Dalam artikel ini kami hanya memeriksa beberapa perwakilan polimer anorganik. Mungkin banyak dari hal-hal yang disebutkan di atas dirasakan oleh beberapa orang dengan keterkejutan dan ketertarikan yang tulus. Seseorang melihat kembali konsep batu bertuah; meskipun itu bukan emas, batu mulia masih dapat diperoleh dari oksida logam yang tidak mencolok dan zat biasa lainnya. Kami berharap artikel ini dapat memberikan inspirasi dan setidaknya menghibur pembaca dengan fakta-fakta menarik.