4, kuris taikomas neorganinėms polimerinėms medžiagoms. Germanio ir alavo polimerai

NEORGANINIAI POLIMERAI

Jie turi neorganinį pagrindinės grandinės ir neturi org. šoniniai radikalai. Pagrindinės grandinės yra sudarytos iš kovalentinių arba joninių-kovalentinių ryšių; kai kuriose N. p joninių-kovalentinių ryšių grandinę gali nutraukti vienkartinės koordinacijos jungtys. charakteris. Struktūrinė N. p. atliekama pagal tas pačias charakteristikas kaip ir org. arba elementoorg. polimerai (žr Didelės molekulinės masės junginiai). Tarp natūralių N. p. retikuliniai yra dažni ir yra daugumos žemės plutos mineralų dalis. Daugelis iš jų sudaro deimantų ar kvarco tipą. Viršutiniai elementai gali sudaryti linijinį n.p. III-VI eilės gr. periodiškai sistemos. Grupėse, didėjant eilučių skaičiui, elementų gebėjimas sudaryti homo- arba heteroatomines grandines smarkiai sumažėja. Halogenai, kaip ir org. polimerai, atlieka grandinės nutraukimo agentų vaidmenį, nors visi galimi jų deriniai su kitais elementais gali sudaryti šonines grupes. Elementai VIII gr. gali būti įtraukta į pagrindinę grandinę, formuojant koordinaciją. N. p. Pastarieji iš esmės skiriasi nuo org. koordinaciniai polimerai, kur yra koordinačių sistema ryšiai sudaro tik antrinę struktūrą. Mn. arba kintamo valentingumo metalų druskos makroskopiškai. Šv. tu atrodai kaip tinklelis N. p.

Ilgos homoatominės grandinės (su polimerizacijos laipsniu n >= 100) sudaro tik VI grupės elementus - S, Se ir Te. Šios grandinės susideda tik iš pagrindinių atomų ir neturi šoninių grupių, tačiau anglies grandinių ir S, Se ir Te grandinių elektroninės struktūros skiriasi. Linijinė anglis - kumulenai=C=C=C=C= ... ir automobilio dėžė ChS = SChS = MF... (žr anglis); be to, anglis sudaro atitinkamai dvimačius ir trimačius kovalentinius kristalus. grafitas Ir deimantas. Siera ir telūras sudaro atomines grandines su paprastomis jungtimis ir labai aukštomis p. Jie turi fazinio virsmo pobūdį, o polimero stabilumo temperatūros sritis turi išteptą apatinę ir aiškiai apibrėžtą viršutinę ribą. Žemiau ir aukščiau šios ribos yra atitinkamai stabilios. cikliškas oktamerai ir dviatomės molekulės.

Dr. elementai, net artimiausi anglies kaimynai psriodinėje. sistema-B ir Si nebegali sudaryti homoatominių grandinių arba ciklinių. oligomerai su n >= 20 (nepriklausomai nuo šoninių grupių buvimo ar nebuvimo). Taip yra dėl to, kad tik anglies atomai gali sudaryti grynai kovalentinius ryšius vienas su kitu. Dėl šios priežasties dvinarės heterochain n.p tipas yra labiau paplitęs n(žr. lentelę), kur M ir L atomai sudaro joninius-kovalentinius ryšius vienas su kitu. Iš esmės heterograndinės linijinės grandinės nebūtinai turi būti dvejetainės: reguliariai pasikartojanti grandinės dalis gali. sudaryti iš sudėtingesnių atomų derinių. Metalo atomų įtraukimas į pagrindinę grandinę destabilizuoja linijinę struktūrą ir smarkiai sumažina t.

ELEMENTŲ DERINIAI, SUDARIANTIEJI DVEJU HETEROCININIAI NEORGANINIAI POLIMERAI TIPAS [HMMHLH] n(PAŽYMĖTA A + ŽENKLU)

* Taip pat formuoja inorg. sudėties polimerai [CHVCHRCH] n.

Pagrindinių homograndinių nukleotidų grandinių elektroninės struktūros ypatumai daro juos labai pažeidžiamus nukleofilų atakoms. arba elektrof. agentai. Vien dėl šios priežasties grandinės, kuriose yra L komponentas arba kiti periodiškai šalia jo esantys komponentai, yra santykinai stabilesnės. sistema. Tačiau šias grandines paprastai taip pat reikia stabilizuoti gamtoje. N.P. yra susijęs su tinklo struktūrų formavimu ir labai stipriu tarpmolekuliu. sąveika šoninės grupės (įskaitant druskų tiltelių susidarymą), dėl kurių dauguma net linijinių N. elementų yra netirpūs ir makroskopiški. Šv tu panašus į tinklinį N. p.

Praktiška Įdomūs linijiniai N. elementai, kurie yra dažniausiai. laipsniai yra panašūs į organinius – gali egzistuoti toje pačioje fazėje, agregacinėje ar atsipalaidavimo būsenoje ir sudaryti panašius supermolius. struktūros ir tt Tokios nanodalelės gali būti karščiui atsparios gumos, stiklai, pluoštą formuojančios medžiagos ir kt., taip pat pasižymėti daugybe savybių, kurios nebėra būdingos org. polimerai. Tai apima polifosfazenai, polimeriniai sieros oksidai (su skirtingomis šoninėmis grupėmis), fosfatai, . Tam tikri M ir L deriniai sudaro grandines, kurios neturi analogų tarp org. Pavyzdžiui, polimerai su plačia laidumo juosta ir . Turint gerai išvystytą butą ar erdvę, yra plati laidumo juosta. struktūra. Dažnas superlaidininkas, esant temperatūrai netoli 0 K, yra polimeras [ЧSNЧ] X; esant aukštai temperatūrai, jis praranda superlaidumą, tačiau išlaiko puslaidininkines savybes. Aukštos temperatūros superlaidžios nanodalelės turi turėti keraminę struktūrą, tai yra, jų sudėtyje (šoninėse grupėse) turi būti deguonies.

Apdorojant nitratą į stiklą, pluoštą, keramiką ir kt., reikia išlydyti, o tai paprastai lydi grįžtamoji depolimerizacija. Todėl vidutiniškai šakotoms struktūroms lydaluose stabilizuoti dažniausiai naudojamos modifikuojančios medžiagos.

Lit.: Polimerų enciklopedija, t. 2, M., 1974, p. 363-71; Bartenev G.M., Itin stiprūs ir didelio stiprumo neorganiniai stiklai, M., 1974; Korshak V.V., Kozyreva N.M., "Chemijos pažanga", 1979, t. 48, v. 1, p. 5-29; Neorganiniai polimerai, in: Polimerų mokslo ir technologijų enciklopedija, v. 7, N.Y.-L.-Sidnėjus, 1967, p. 664-91. S. Ya Frenkelis.

Chemijos enciklopedija. - M.: Tarybinė enciklopedija. Red. I. L. Knunyants. 1988 .

Pažiūrėkite, kas yra „NEORGANINIAI POLYMERAI“ kituose žodynuose:

Polimerai, kurių molekulės turi neorganines pagrindines grandines ir neturi organinių šalutinių radikalų (rėminimo grupių). Gamtoje plačiai paplitę trimačio tinklo neorganiniai polimerai, kurie mineralų pavidalu yra dalis... ...

Polimerai, kurių pasikartojančiame vienete nėra C C jungčių, bet gali turėti organinį radikalą kaip šoninius pakaitus. Turinys 1 Klasifikacija 1.1 Homochain polimerai ... Vikipedija

Polimerai, kurių molekulės turi neorganines pagrindines grandines ir neturi organinių šalutinių radikalų (rėminimo grupių). Gamtoje plačiai paplitę trimačio tinklo neorganiniai polimerai, kurie mineralų pavidalu yra dalis... ... Enciklopedinis žodynas

Polimerai su neorganine (neturinčia anglies atomų) pagrindine makromolekulės grandine (žr. Makromolekulė). Šoninės (rėminimo) grupės dažniausiai taip pat yra neorganinės; tačiau polimerai su organinėmis šoninėmis grupėmis dažnai taip pat klasifikuojami kaip H...

Polimerai ir makromolekulės turi neorganinių Ch. grandines ir neturi organinių šoninių grandinių. radikalai (kadravimo grupės). Praktiška sintetinės medžiagos. polimero polifosfonitrilo chloridas (polidichlorfosfazenas) [P(C1)2=N]n. Iš jo gaunami kiti...... Didysis enciklopedinis politechnikos žodynas

Polimerai, molekulės, turinčios neorganinių Ch. grandinės ir neturi organinių medžiagų. šoniniai radikalai (kadravimo grupės). Gamtoje plačiai paplitę trimačiai tinkliniai NP, kurie mineralų pavidalu yra įtraukti į žemės plutos sudėtį (pavyzdžiui, kvarcą). Į…… Gamtos mokslas. Enciklopedinis žodynas

- (iš poli... ir graikų meros share part), medžiagos, kurių molekulės (makromolekulės) susideda iš daugybės pasikartojančių vienetų; Polimerų molekulinė masė gali svyruoti nuo kelių tūkstančių iki daugelio milijonų. Polimerai pagal kilmę... Didysis enciklopedinis žodynas

Ov; pl. (vienetas polimeras, a; m.). [iš graikų kalbos polys many and meros share, part] Didelės molekulinės masės cheminiai junginiai, susidedantys iš homogeniškų pasikartojančių atomų grupių, plačiai naudojami šiuolaikinėse technologijose. Natūralūs, sintetiniai gaminiai.... Enciklopedinis žodynas

- (iš graikų polimerų, susidedančių iš daugelio dalių, įvairių) cheminiai junginiai, turintys didelę molekulinę masę (nuo kelių tūkstančių iki daugelio milijonų), kurių molekulės (makromolekulės (žr. Makromolekulė)) susideda iš daugybės ... .. . Didžioji sovietinė enciklopedija

Klasifikavimas pagal gamybos būdą (kilmė)

Degumo klasifikacija

Klasifikavimas pagal elgesį kaitinant

Polimerų klasifikavimas pagal makromolekulių struktūrą

POLIMERŲ KLASIFIKACIJA

Polimerų sintezė.

Polimeras yra cheminė medžiaga, turinti didelę molekulinę masę ir susidedanti iš daugybės periodiškai pasikartojančių fragmentų, sujungtų cheminiais ryšiais. Šie fragmentai vadinami elementariais vienetais.

Taigi polimerų charakteristikos yra tokios: 1. labai didelės molekulinės masės (dešimtys ir šimtai tūkstančių). 2. grandininė molekulių struktūra (dažniausiai paprasti ryšiai).

Reikėtų pažymėti, kad polimerai šiandien sėkmingai konkuruoja su visomis kitomis medžiagomis, kurias žmonija naudojo nuo senų senovės.

Polimerų panaudojimas:

Polimerai biologiniams ir medicininiams tikslams

Jonų ir elektronų mainų medžiagos

Karščiui ir karščiui atsparūs plastikai

Izoliatoriai

Statybinės ir konstrukcinės medžiagos

Paviršinio aktyvumo medžiagos ir medžiagos, atsparios agresyviai aplinkai.

Sparti polimerų gamybos plėtra lėmė tai, kad jų gaisro pavojus (ir visi jie dega geriau nei mediena) tapo daugelio šalių nacionaline nelaime. Jiems degant ir irstant susidaro įvairios medžiagos, dažniausiai nuodingos žmogui. Norint sėkmingai su jomis kovoti, būtina žinoti pavojingas susidariusių medžiagų savybes.

Polimerų klasifikacija pagal pagrindinės makromolekulių grandinės sudėtį (dažniausia):

aš. Anglies grandinės IUD - pagrindinės polimerų grandinės yra sudarytos tik iš anglies atomų

II. Heterochain BMC - pagrindinėse polimerų grandinėse, be anglies atomų, yra ir heteroatomų (deguonies, azoto, fosforo, sieros ir kt.)

III. Organoelementų polimerų junginiai - pagrindinėse makromolekulių grandinėse yra elementų, kurie nėra natūralių organinių junginių dalis (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn ir kt.)

Kiekviena klasė yra suskirstyta į atskiras grupes, priklausomai nuo grandinės struktūros, ryšių buvimo, pakaitų skaičiaus ir pobūdžio bei šoninių grandinių. Heterograndiniai junginiai klasifikuojami, be to, atsižvelgiant į heteroatomų pobūdį ir skaičių, o organinių elementų polimerai - priklausomai nuo angliavandenilių vienetų derinio su silicio, titano, aliuminio ir kt. atomais.

a) polimerai su sočiomis grandinėmis: polipropilenas – [-CH 2 -CH-] n,

polietilenas – [-CH2-CH2-] n; CH 3

b) polimerai su nesočiosiomis grandinėmis: polibutadienas – [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n;

c) halogenais pakeisti polimerai: teflonas - [-CF 2 -CF 2 -] n, PVC - [-CH2 -CHCl-] n;

d) polimeriniai alkoholiai: polivinilo alkoholis – [-CH2 -CH-] n;

e) alkoholio darinių polimerai: polivinilacetatas – [-CH 2 -CH-] n;

f) polimeriniai aldehidai ir ketonai: poliakroleinas – [-CH 2 -CH-] n;

g) karboksirūgščių polimerai: poliakrilo rūgštis – [-CH 2 -CH-] n;

h) polimeriniai nitrilai: PAN – [-CH2-CH-] n;

i) aromatinių angliavandenilių polimerai: polistirenas – [-CH 2 -CH-] n.

a) polieteriai: poliglikoliai – [-CH2 -CH2 -O-] n;

b) poliesteriai: polietilenglikolio tereftalatas –

[-O-CH2-CH2-O-C-C6H4-C-] n;

c) polimerų peroksidai: polimero stireno peroksidas – [-CH 2 -CH-O-O-] n;

2. Polimerai, kurių pagrindinėje grandinėje yra azoto atomų:

a) polimeriniai aminai: polietilendiaminas – [-CH 2 –CH 2 –NH-] n;

b) polimerų amidai: polikaprolaktamas – [-NН-(СH 2) 5 -С-] n;

3. Polimerai, kurių pagrindinėje grandinėje yra ir azoto, ir deguonies atomų – ​​poliuretanai: [-С-NН-R-NN-С-О-R-О-] n;

4. Polimerai, kurių pagrindinėje grandinėje yra sieros atomų:

a) politioeteriai [-(CH 2) 4 – S-] n;

b) politetrasulfidai [-(CH2)4-S-S-]n;

5. Polimerai, kurių pagrindinėje grandinėje yra fosforo atomų

pavyzdžiui: O

[-P-O-CH2-CH2-O-]n;

1. Organiniai silicio polimerų junginiai

a) polisilano junginiai RR

b) polisiloksano junginiai

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

c) polikarbosilano junginiai

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

d) polikarbosiloksano junginiai

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

2. Organotino polimerų junginiai, pavyzdžiui:

OC 4 H 9 OC ​​4 H 9

[-O – Ti – O – Ti-] n ;

OC 4 H 9 OC ​​4 H 9

3. Organiniai aliuminio polimerų junginiai, pavyzdžiui:

[-O – Al – O – Al-] n ;

Makromolekulės gali turėti linijinę, šakotą ir erdvinę trimatę struktūrą.

Linijinis polimerai susideda iš linijinės struktūros makromolekulių; Tokios makromolekulės yra monomerų vienetų (-A-), sujungtų į ilgas neišsišakojusias grandines, rinkinys:

nA ® (…-A - A-…) m + (…- A - A -…) R + …., kur (…- A - A -…) yra skirtingos molekulinės masės polimero makromolekulės.

Šakoti polimerams būdingas šoninių šakų buvimas pagrindinėse makromolekulių grandinėse, trumpesnės nei pagrindinė grandinė, bet taip pat susidedančios iš pasikartojančių monomerų vienetų:

…- A – A – A – A – A – A – A – …

Erdvinė trimatę struktūrą turintys polimerai pasižymi makromolekulių grandinėmis, sujungtomis pagrindinių valentų jėgomis, naudojant kryžminius tiltelius, sudarytus iš atomų (-B-) arba atomų grupių, pavyzdžiui, monomerų vienetų (-A-).

A – A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A –

Trimačiai polimerai su dažnais kryžminiais ryšiais vadinami tinkliniais polimerais. Trimačiams polimerams molekulės sąvoka praranda prasmę, nes juose atskiros molekulės yra sujungtos viena su kita visomis kryptimis, sudarydamos didžiules makromolekules.

termoplastinis- linijinės arba šakotos struktūros polimerai, kurių savybės yra grįžtamos pakartotinai kaitinant ir aušinant;

termoreaktyvus- kai kurie linijiniai ir šakotieji polimerai, kurių makromolekulės kaitinamos dėl tarp jų vykstančios cheminės sąveikos yra sujungtos viena su kita; šiuo atveju erdvinio tinklo struktūros susidaro dėl stiprių cheminių ryšių. Po kaitinimo termoreaktingi polimerai dažniausiai tampa netirpūs ir netirpūs – vyksta negrįžtamo kietėjimo procesas.

Ši klasifikacija yra labai apytikslė, nes medžiagų užsidegimas ir degimas priklauso ne tik nuo medžiagos pobūdžio, bet ir nuo uždegimo šaltinio temperatūros, užsidegimo sąlygų, gaminio ar konstrukcijų formos ir kt.

Pagal šią klasifikaciją polimerinės medžiagos skirstomos į degias, mažai degias ir nedegias. Iš degiųjų medžiagų išskiriamos sunkiai užsiliepsnojančios, sunkiai degančios – savaime gesančios.

Degiųjų polimerų pavyzdžiai: polietilenas, polistirenas, polimetilmetakrilatas, polivinilacetatas, epoksidinės dervos, celiuliozė ir kt.

Ugniai atsparių polimerų pavyzdžiai: PVC, teflonas, fenolio-formaldehido dervos, karbamido-formaldehido dervos.

Natūralūs (baltymai, nukleorūgštys, natūralios dervos) (gyvūninės ir

augalinės kilmės);

Sintetinis (polietilenas, polipropilenas ir kt.);

Dirbtinis (natūralių polimerų - eterių cheminis modifikavimas

celiuliozė).

Neorganiniai: kvarcas, silikatai, deimantas, grafitas, korundas, karabinas, boro karbidas ir kt.

Ekologiški: gumos, celiuliozė, krakmolas, organinis stiklas ir

Polimerai yra didelės molekulinės masės junginiai, susidedantys iš daugybės pasikartojančių skirtingos arba vienodos struktūros atomų grupių – vienetų. Šios jungtys yra tarpusavyje sujungtos koordinaciniais arba cheminiais ryšiais į šakotas arba ilgas linijines grandines ir į erdvines trimates struktūras.

Polimerai yra:

• sintetinis,
• dirbtinis,
• ekologiškas.

Organiniai polimerai susidaro gamtoje gyvūnų ir augalų organizmuose. Svarbiausi iš jų – baltymai, polisacharidai, nukleorūgštys, kaučiukas ir kiti natūralūs junginiai.

Žmogus jau seniai ir plačiai naudoja organinius polimerus savo kasdieniniame gyvenime. Oda, vilna, medvilnė, šilkas, kailis – visa tai naudojama drabužių gamybai. Kalkės, cementas, molis, organinis stiklas (plexiglass) – statybose.

Organinių polimerų yra ir žmonėms. Pavyzdžiui, nukleorūgštys (dar vadinamos DNR), taip pat ribonukleino rūgštys (RNR).

Organinių polimerų savybės

Visi organiniai polimerai pasižymi ypatingomis mechaninėmis savybėmis:

• mažas kristalinių ir stiklinių polimerų (organinio stiklo, plastikų) trapumas;
• elastingumas, tai yra didelė grįžtama deformacija esant mažoms apkrovoms (guma);
• makromolekulių orientavimas veikiant nukreiptam mechaniniam laukui (plėvelių ir pluoštų gamyba);
• esant mažoms koncentracijoms, tirpalų klampumas yra didelis (polimerai pirmiausia išsipučia, o vėliau ištirpsta);
• veikiami nedidelio kiekio reagento jie gali greitai pakeisti savo fizines ir mechanines charakteristikas (pavyzdžiui, odos rauginimas, gumos vulkanizavimas).

1 lentelė. Kai kurių polimerų degimo charakteristikos.

2 lentelė. Polimerinių medžiagų tirpumas.

3 lentelė. Polimerų dažymas pagal Liebermano-Storcho-Moravskio reakciją.

Straipsniai šia tema

Tarp daugelio medžiagų populiariausios ir plačiausiai žinomos yra polimerinės kompozicinės medžiagos (PCM). Jie aktyviai naudojami beveik visose žmogaus veiklos srityse. Būtent šios medžiagos yra pagrindinė sudedamoji dalis gaminant įvairius produktus, naudojamus visiškai skirtingoms reikmėms – nuo ​​meškerės ir valčių korpusų, iki degiųjų medžiagų laikymo ir transportavimo cilindrų, taip pat sraigtasparnių rotoriaus menčių. Toks platus PCM populiarumas yra susijęs su galimybe išspręsti bet kokio sudėtingumo technologines problemas, susijusias su tam tikrų savybių kompozitų gamyba, nes buvo sukurta polimerų chemija ir polimerų matricų struktūros ir morfologijos tyrimo metodai, kurie naudojami pramonėje. PCM gamyba.

Šiuolaikiniame pasaulyje praktiškai nėra žmogaus, kuris neturėtų bent kiek supratimo apie polimerus. Polimerai eina per gyvenimą su žmogumi, todėl jo gyvenimas tampa vis patogesnis ir patogesnis. Minint polimerus, pirmosios asociacijos bus su sintetinėmis organinėmis medžiagomis, nes jos labiau matomos. Natūralūs polimerai – natūralios organinės medžiagos – nors mus supančiame pasaulyje jų ir daugiau, asociatyviame žmogaus suvokime jie nublanksta į antrą planą. Jie visada mus supa, bet niekas negalvoja apie floros ir faunos kilmę. Celiuliozė, krakmolas, ligninas, kaučiukas, baltymai ir nukleorūgštys yra pagrindinės medžiagos, kurias gamta naudoja kuriant mus supantį gyvūnų ir augalų pasaulį. Ir absoliučiai niekas nesuvoks brangakmenių, grafito, žėručio, smėlio ir molio, stiklo ir cemento kaip polimerų. Nepaisant to, mokslas nustatė daugelio neorganinių junginių, įskaitant aukščiau išvardytus, polimerinės struktūros faktą. Polimerinės medžiagos susideda iš makromolekulių. Susidarius polimerams, daug atomų ar atomų grupių tarpusavyje susijungia cheminiais ryšiais – kovalentiniais arba koordinaciniais. Polimero makromolekulėse yra dešimtys, šimtai, tūkstančiai ar dešimtys tūkstančių atomų arba pasikartojančių elementarių vienetų. Informacija apie polimero sandarą gauta tiriant tirpalų savybes, kristalų struktūrą, neorganinių medžiagų mechanines ir fizikines chemines savybes. Pagrindžiant tai, kas išdėstyta pirmiau, reikia pažymėti, kad yra pakankamai mokslinės literatūros, patvirtinančios kai kurių neorganinių medžiagų polimerinės struktūros faktą.

Logiška pastaba būtų tokia: kodėl tiek daug informacijos apie sintetinius organinius polimerus, o tiek mažai apie neorganinius? Jei yra neorganinių polimerinių medžiagų, kokios jos yra ir kur jos naudojamos? Aukščiau buvo pateikti keli neorganinių polimerų pavyzdžiai. Tai gerai žinomos medžiagos, kurias žino visi, tačiau mažai kas žino, kad šios medžiagos gali būti priskiriamos polimerams. Apskritai, paprastam žmogui nesvarbu, ar grafitą galima priskirti prie polimerų, ar ne, kaip brangakmeniams, kai kuriems gali būti net įžeidžiama tapatinti brangius papuošalus su pigiais plastikiniais papuošalais. Nepaisant to, jei yra pagrindo kai kurias neorganines medžiagas vadinti polimerais, kodėl gi apie tai nekalbėjus. Pažvelkime į kai kuriuos tokių medžiagų atstovus ir išsamiau pažvelkime į įdomiausius.
Neorganinių polimerų sintezei dažniausiai reikalingos labai grynos pradinės medžiagos, taip pat aukšta temperatūra ir slėgis. Pagrindiniai jų, kaip ir organinių polimerų, gamybos būdai yra polimerizacija, polikondensacija ir polikoordinacija. Paprasčiausi neorganiniai polimerai apima homograndinius junginius, sudarytus iš grandinių arba karkasų, sudarytų iš identiškų atomų. Be gerai žinomos anglies, kuri yra pagrindinis elementas, dalyvaujantis beveik visų organinių polimerų konstrukcijoje, makromolekulių gamyboje gali dalyvauti ir kiti elementai. Šie elementai yra boras iš trečios grupės, silicis, germanis ir alavas iš ketvirtos grupės, kuriai taip pat priklauso anglis, fosforas, arsenas, stibis ir bismutas iš penktos grupės, siera, selenas, telūras iš šeštos grupės. Daugiausia homochaininiai polimerai, gauti iš šių elementų, naudojami elektronikoje ir optikoje. Elektronikos pramonė vystosi labai sparčiai, o sintetinių kristalų paklausa jau seniai viršijo pasiūlą. Tačiau ypač verta atkreipti dėmesį į anglį ir jos pagrindu gaminamus neorganinius polimerus: deimantą ir grafitą. Grafitas yra gerai žinoma medžiaga, kuri buvo pritaikyta įvairiose pramonės šakose. Iš grafito gaminami pieštukai, elektrodai, tigliai, dažai ir tepalai. Tūkstančiai tonų grafito patenka į branduolinės pramonės poreikius dėl savo savybių sulėtinti neutronus. Straipsnyje mes išsamiau aptarsime įdomiausius neorganinių polimerų - brangakmenių - atstovus.
Įdomiausi, pretenzingiausi ir moterų mylimiausi neorganinių polimerų atstovai yra deimantai. Deimantai yra labai brangūs mineralai, kuriuos taip pat galima priskirti prie neorganinių polimerų, juos gamtoje kasa penkios didelės įmonės: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto; Būtent DeBeers kompanija sukūrė šių akmenų reputaciją. Išmanioji rinkodara susiveda į šūkį „amžinai“. DeBeers pavertė šį akmenį meilės, klestėjimo, galios ir sėkmės simboliu. Įdomus faktas yra tai, kad deimantai gamtoje randami gana dažnai, pavyzdžiui, safyrai ir rubinai, kurie yra retesni mineralai, tačiau jie vertinami mažiau nei deimantai. Įdomiausia situacija, susidariusi natūralių deimantų rinkoje. Faktas yra tas, kad yra technologijų, kurios leidžia gauti sintetinių deimantų. 1954 m. „General Electric“ tyrinėtojas Tracy Hall išrado prietaisą, kuris leido gauti deimantų kristalus iš geležies sulfido, esant 100 000 atmosferų slėgiui ir aukštesnei nei 2500ºC temperatūrai. Šių akmenų kokybė juvelyriniu požiūriu nebuvo aukšta, tačiau kietumas buvo toks pat kaip ir natūralaus akmens. Hall'o išradimas buvo patobulintas ir 1960 m. General Electric sukūrė gamyklą, kurioje buvo galima gaminti brangakmenių kokybės deimantus. Neigiamas dalykas buvo tai, kad sintetinių akmenų kaina buvo didesnė nei natūralių.
Šiuo metu yra dvi deimantų sintezės technologijos. HPHT (aukšto slėgio/aukštos temperatūros) technologija – tai deimantų sintezė aukšto slėgio ir aukštos temperatūros derinyje. CVD (cheminio garų nusodinimo) technologija – tai pažangesne laikoma cheminio nusodinimo garais technologija, leidžianti auginti deimantą, tarsi imituojant natūralias jo augimo sąlygas. Abi technologijos turi privalumų ir trūkumų. Kampanijos, kuriose jos naudojamos, išsprendžia technologijų trūkumus, naudodamos jų pačių išradimus ir patobulinimus. Pavyzdžiui, dar 1989 metais grupei sovietų mokslininkų iš Novosibirsko pavyko sumažinti sintezės slėgį iki 60 000 atmosferų. Žlugus Sovietų Sąjungai, deimantų sintezės plėtra tęsėsi dėl daugelio užsienio investuotojų, suinteresuotų įsigyti pigios aukštos kokybės brangakmenių sintezės technologiją. Pavyzdžiui, „DeBeers“, kad neprarastų galimybės kontroliuoti rinką, finansavo kai kurių mokslininkų darbus. Kai kurie privatūs verslininkai pirko deimantų sintezės įrangą Rusijoje, pavyzdžiui, dabar klestinti amerikiečių įmonė „Gemesis“ pradėjo 1996 metais Rusijoje už 60 000 USD įsigijusi deimantų auginimo įrenginį. Dabar Gemesis gamina ir parduoda retų spalvų deimantus: geltoną ir mėlyną, o kainų skirtumas tarp šių ir lygiai tokių pačių natūralių akmenų siekia 75%.

Kita didelė deimantus sintetinanti įmonė „Apollo Diamond“ tobulina HPHT technologiją, sintetindama akmenis tam tikros sudėties dujų atmosferoje (HPLT ir CVD simbiozės technologija). Šis metodas atneša Apollo Diamond į juvelyrinių akmenų rinką, tuo pačiu, naudojant šią technologiją išaugintų sintetinių deimantų kokybė yra labai aukšta. Gemotologams vis sunkiau atskirti sintetinius akmenis nuo natūralių. Tam reikia atlikti analizių kompleksą, naudojant gana sudėtingą ir brangią įrangą. Apollo Diamond sintetinių brangakmenių deimantų beveik neįmanoma atskirti nuo natūralių mineralų naudojant standartinius analizės metodus.

Pasaulio deimantų gamyba dabar siekia 115 milijonų karatų arba 23 tonas per metus. Teoriškai ši gigantiška rinka gali žlugti ir deimantų, kaip brangakmenių, reputacija būtų prarasta amžiams. Monopolinės įmonės investuoja į padėties stabilizavimą ir rinkos kontrolę. Pavyzdžiui, vykdomos brangios rinkodaros kampanijos, perkami dirbtinių deimantų gamybos technologijų patentai, kad šios technologijos niekada nebūtų įdiegtos, firminiams deimantams išduodami sertifikatai, kokybės pasai, patvirtinantys jų natūralią kilmę. Bet ar tai sulaikys sintezės technologijos pažangą?

Prakalbus apie deimantus, mus atitraukė juvelyrikos pramonės brangakmenių spindesys, tačiau reikėtų atkreipti dėmesį ir į pramoninius akmenis. Šiuo atveju dauguma deimantų auginimo įmonių visų pirma tenkina elektronikos ir optikos pramonės poreikius. Pramoninio akmens rinka gali būti ne tokia intriguojanti kaip juvelyrinių dirbinių rinka, tačiau ji vis dėlto yra didžiulė. Pavyzdžiui, pagrindinės „Apollo Diamond“ pajamos yra plonų deimantinių diskų, skirtų puslaidininkiams, sintezė. Beje, dabar deimantų sintezės įrenginį, kurio našumas siekia apie 200 kg deimantų per mėnesį, galima įsigyti už 30 tūkstančių dolerių.

Kitas brangakmenių atstovas yra rubinas. Pirmasis sintetinis rubinas gimė 1902 m. Jį susintetino prancūzų inžinierius Verneuil, lydydamas aliuminio oksidą ir chromo miltelius, kurie vėliau susikristalizavo į šešių gramų rubiną. Toks sintezės paprastumas leido palyginti sparčiai plėtoti pramoninę rubinų gamybą visame pasaulyje. Šis akmuo yra labai paklausus. Kasmet pasaulyje išgaunama apie 5 tonas rubinų, o rinkos poreikiai siekia šimtus tonų. Rubinų reikia laikrodžių pramonėje ir lazerių gamyboje. Verneuil pasiūlyta technologija vėliau suteikė prielaidas safyrų ir granatų sintezei. Didžiausios dirbtinių rubinų produkcijos yra Prancūzijoje, Šveicarijoje, Vokietijoje, Didžiojoje Britanijoje, JAV. Gamybos ekonomika yra tokia. Liūto dalį išlaidų sunaudoja energijos sąnaudos. Tuo pačiu metu kilogramo rubinų sintezė kainuoja 60 dolerių, safyrų kilogramo kaina yra 200 dolerių. Tokio verslo pelningumas yra labai didelis, nes kristalų pirkimo kaina yra bent dvigubai didesnė. Čia reikia atsižvelgti į daugybę veiksnių, pavyzdžiui, į tai, kad kuo didesnis užaugęs monokristalas, tuo mažesnė jo kaina, be to, gaminant produktus iš kristalų, jų kaina bus daug didesnė nei parduodamų kristalų kaina pavyzdžiui, stiklo gamyba ir pardavimas). Kalbant apie įrangą, rusiškos kristalų auginimo instaliacijos kainuoja apie 50 tūkstančių dolerių, vakarietiškos yra daug brangesnės, o organizuotos gamybos atsipirkimo laikotarpis yra vidutiniškai dveji metai. Kaip jau minėta, sintetinių kristalų rinkos poreikiai yra didžiuliai. Pavyzdžiui, safyro kristalai yra labai paklausūs. Per metus visame pasaulyje susintetinama apie tūkstantis tonų safyrų. Metiniai gamybos poreikiai siekia milijoną tonų!
Smaragdai yra sintetinami išskirtinai juvelyrikos pramonės poreikiams. Skirtingai nuo kitų kristalų, smaragdas gaunamas ne iš lydalo, o iš boro ahidrido tirpalo, kurio temperatūra 400 ° C ir slėgis 500 atmosferų hidroterminėje kameroje. Įdomu, kad natūralaus akmens išgaunama vos 500 kilogramų per metus. Sintetinių smaragdų pasaulyje taip pat pagaminama ne tokie dideli kiekiai kaip kitų kristalų – apie toną per metus. Faktas yra tas, kad smaragdų sintezės technologija yra žemo našumo, tačiau tokios gamybos pelningumas yra didelis. Per mėnesį pagaminant apie 5 kilogramus kristalų, kurių kilogramas kainuoja 200 USD, sintetinių smaragdų pardavimo kaina beveik prilygsta natūralių. Smaragdų sintezės įrengimo kaina yra apie 10 tūkstančių dolerių.
Tačiau populiariausias sintetinis kristalas yra silicis. Galbūt tai suteiks šansų bet kuriam brangakmeniui. Šiuo metu silicis užima 80% visos sintetinių kristalų rinkos. Dėl sparčios aukštųjų technologijų plėtros rinkoje jaučiamas silicio trūkumas. Šiuo metu silicio gamybos pelningumas viršija 100%. Kilogramo silicio kaina yra apie 100 USD už kilogramą, o sintezės kaina siekia 25 USD.

Itin grynas silicis naudojamas kaip puslaidininkis. Iš jo kristalų gaminami didelio efektyvumo saulės fotoelementai. Silicis, kaip ir anglis, iš savo atomų gali sukurti ilgas molekulines grandines. Tokiu būdu gaunamas silanas ir guma, kurie pasižymi nuostabiomis savybėmis. Prieš kelerius metus visą pasaulį sujaudino žinia apie amerikiečių inžinieriaus Walterio Robbso, kuriam pavyko pagaminti 0,0025 centimetro storio silikoninės gumos plėvelę, eksperimentus. Šia guma jis uždengė narvą, kuriame gyveno žiurkėnas, ir nuleido žiurkėną į akvariumą. Kelias valandas pirmasis pasaulyje povandeninis žiurkėnas kvėpavo vandenyje ištirpusiu deguonimi, buvo budrus ir nerodė jokių nerimo požymių. Pasirodo, filmas atlieka membranos vaidmenį, atlieka tas pačias funkcijas kaip ir žuvų žiaunos. Plėvelė įleidžia gyvybės dujų molekules į vidų, o anglies dioksidas išstumiamas per plėvelę. Šis atradimas leidžia organizuoti žmogaus gyvenimą po vandeniu, perkeliant į šoną cilindrus su kvėpavimo mišiniu ir deguonies generatoriais.

Silicis yra trijų tipų: metalurginio silicio (MG), elektronikos klasės silicio (EG) ir saulės energijos klasės silicio (SG). Dėl daugybės energetikos krizių intensyviai diegiamos alternatyvios energijos technologijos. Tai apima saulės energijos pavertimą elektros energija, ty saulės energijos įrenginių, maitinamų saulės baterijomis, naudojimą. Svarbus saulės elementų komponentas yra silicis. Ukrainoje Zaporožės titano-magnio gamykla gamino silicį saulės baterijoms. Sovietų Sąjungos laikais ši įmonė pagamino 200 tonų silicio, o visos Sąjungos gamybos apimtis – 300 tonų. Autorius šiuo metu nieko nežino apie silicio gamybą Zaporožėje. Šiuolaikinės polikristalinio silicio gamybos, skirtos energetikos pramonės reikmėms, su 1000 tonų pajėgumu per metus organizavimo kaina yra apie 56 mln. Silicio sintezė įvairiems poreikiams visame pasaulyje užima pirmąją vietą pagal paklausą ir išliks šią poziciją ilgą laiką.

Straipsnyje išnagrinėjome tik kai kuriuos neorganinių polimerų atstovus. Galbūt daugelis iš aukščiau pasakytų dalykų buvo pastebėti su nuostaba ir nuoširdžiu susidomėjimu. Kažkas naujai pažvelgė į filosofinio akmens sampratą, net jei tai nėra auksas, brangakmenių vis tiek galima gauti iš neapsakomų metalų oksidų ir kitų nepastebimų medžiagų. Tikimės, kad straipsnis paskatino susimąstyti ir bent jau pralinksmino skaitytoją įdomiais faktais.

Gamtoje yra organinių elementų, organinių ir neorganinių polimerų. Neorganinėms medžiagoms priskiriamos medžiagos, kurių pagrindinė grandinė yra neorganinė, o šoninės šakos nėra angliavandenilių radikalai. Periodinės cheminių elementų sistemos III-VI grupių elementai labiausiai linkę susidaryti neorganinės kilmės polimerams.

Klasifikacija

Organiniai ir neorganiniai polimerai aktyviai tiriami, nustatomos naujos jų charakteristikos, todėl aiški šių medžiagų klasifikacija dar nėra sukurta. Tačiau galima išskirti tam tikras polimerų grupes.

Priklausomai nuo struktūros:

• linijinis;
• plokščias;
• šakotas;
• polimeriniai tinkleliai;
• trimatis ir kt.

Priklausomai nuo pagrindinės grandinės atomų, sudarančių polimerą:

• homochain tipas (-M-)n - susideda iš vieno tipo atomo;
• heterograndinės tipas (-M-L-)n – susideda iš skirtingų tipų atomų.

Priklausomai nuo kilmės:

• natūralus;
• dirbtinis.

Norint klasifikuoti medžiagas, kurios yra kietos būsenos makromolekulės, kaip neorganinius polimerus, taip pat būtina turėti tam tikrą jų erdvinės struktūros anizotropiją ir atitinkamas savybes.

Pagrindinės savybės

Labiau paplitę yra heterograndiniai polimerai, kuriuose kaitaliojasi elektroteigiami ir elektronneigiami atomai, pvz., B ir N, P ir N, Si ir O. Heterograndinius neorganinius polimerus (HP) galima gauti naudojant polikondensacijos reakcijas. Rūgščioje aplinkoje paspartėja oksoanijonų polikondensacija, o šarminėje – hidratuotų katijonų polikondensacija. Polikondensacija gali būti atliekama tirpale arba aukštoje temperatūroje.

Daugelį heterograndinių neorganinių polimerų galima gauti tik aukštos temperatūros sintezės sąlygomis, pavyzdžiui, tiesiogiai iš paprastų medžiagų. Karbidai, kurie yra polimeriniai kūnai, susidaro, kai tam tikri oksidai sąveikauja su anglimi, taip pat esant aukštai temperatūrai.

Ilgos homograndinės grandinės (su polimerizacijos laipsniu n>100) sudaro anglį ir VI grupės p-elementus: sierą, seleną, telūrą.

Neorganiniai polimerai: pavyzdžiai ir pritaikymas

NP specifiškumas yra taisyklingos trimatės struktūros polimerų makromolekulių susidarymas. Tvirtas cheminių jungčių karkasas suteikia tokiems junginiams didelį kietumą.

Ši savybė leidžia naudoti neorganinius polimerus. Šių medžiagų naudojimas buvo plačiai pritaikytas pramonėje.

Išskirtinė NP cheminė ir šiluminė varža taip pat yra vertinga savybė. Pavyzdžiui, armuojantys pluoštai, pagaminti iš organinių polimerų, yra stabilūs ore iki 150-220 °C temperatūros. Tuo tarpu boro pluoštas ir jo dariniai išlieka stabilūs iki 650˚C temperatūros. Štai kodėl neorganiniai polimerai yra perspektyvūs kuriant naujas chemiškai ir karščiui atsparias medžiagas.

Praktinės reikšmės turi ir NP, kurios tuo pačiu pasižymi savybėmis panašiomis į organines ir išlaiko savo specifines savybes. Tai fosfatai, polifosfazenai, silikatai, polimerai su įvairiomis šoninėmis grupėmis.

Anglies polimerai

Užduotis: „Pateikite neorganinių polimerų pavyzdžių“ dažnai randama chemijos vadovėliuose. Patartina tai atlikti paminėjus ryškiausius NP – anglies darinius. Juk tai ir unikalių savybių turinčios medžiagos: deimantai, grafitas ir karabinas.

Karbinas yra dirbtinai sukurtas, mažai ištirtas linijinis polimeras, turintis nepralenkiamus stiprumo rodiklius, nenusileidžiantis ir pagal daugybę tyrimų pranašesnis už grafeną. Tačiau karbinas yra paslaptinga medžiaga. Juk ne visi mokslininkai pripažįsta jos egzistavimą kaip nepriklausomą medžiagą.

Išoriškai atrodo kaip metaliniai kristaliniai juodi milteliai. Turi puslaidininkines savybes. Karbino elektrinis laidumas žymiai padidėja veikiant šviesai. Šių savybių nepraranda net iki 5000 °C temperatūroje, o tai yra daug aukštesnė nei kitų panašios paskirties medžiagų. Medžiagą 60-aisiais gavo V.V. Koršakas, A.M. Sladkovas, V.I. Kasatochkinas ir Yu.P. Kudryavtsev kataliziniu acetileno oksidavimu. Sunkiausia buvo nustatyti ryšių tarp anglies atomų tipą. Vėliau SSRS mokslų akademijos Organinių elementų junginių institute buvo gauta medžiaga, turinti tik dvigubus ryšius tarp anglies atomų. Naujasis junginys buvo pavadintas polikumulenu.

Grafitas - šiuo išdėstymu tęsiasi tik plokštumoje. Jos sluoksnius jungia ne cheminiai ryšiai, o silpna tarpmolekulinė sąveika, todėl jis praleidžia šilumą ir srovę bei nepraleidžia šviesos. Grafitas ir jo dariniai yra gana paplitę neorganiniai polimerai. Jų panaudojimo pavyzdžiai: nuo pieštukų iki branduolinės pramonės. Oksiduojant grafitą galima gauti tarpinius oksidacijos produktus.

Deimantas – jo savybės iš esmės skiriasi. Deimantas yra erdvinis (trimatis) polimeras. Visi anglies atomai yra sujungti stipriomis kovalentinėmis jungtimis. Todėl šis polimeras yra itin patvarus. Deimantas nepraleidžia srovės ar šilumos ir turi skaidrią struktūrą.

Boro polimerai

Jei jūsų paklaus, kokius neorganinius polimerus žinote, drąsiai atsakykite – boro polimerai (-BR-). Tai gana plati NP klasė, plačiai naudojama pramonėje ir moksle.

Boro karbidas - jo formulė tiksliau atrodo taip (B12C3)n. Jo vienetinė ląstelė yra romboedrinė. Karkasą sudaro dvylika kovalentiškai sujungtų boro atomų. O jo viduryje yra linijinė trijų kovalentiškai sujungtų anglies atomų grupė. Rezultatas yra labai patvari konstrukcija.

Boridai – jų kristalai susidaro panašiai kaip aukščiau aprašytas karbidas. Stabiliausias iš jų yra HfB2, kuris tirpsta tik 3250 °C temperatūroje. TaB2 pasižymi didžiausiu cheminiu atsparumu – jo neveikia nei rūgštys, nei jų mišiniai.

Boro nitridas – dėl panašumo dažnai vadinamas baltuoju talku. Šis panašumas iš tikrųjų tik paviršutiniškas. Struktūriškai jis panašus į grafitą. Jis gaunamas kaitinant borą arba jo oksidą amoniako atmosferoje.

Borazonas

Elboras, borazonas, kiboritas, kingsongitas, kubonitas yra itin kieti neorganiniai polimerai. Jų panaudojimo pavyzdžiai: abrazyvinių medžiagų gamyba, metalo apdirbimas. Tai yra chemiškai inertinės medžiagos, kurių pagrindas yra boras. Kietumas yra artimesnis kitų medžiagų nei deimantų kietumui. Visų pirma, borazonas palieka įbrėžimus ant deimantų, o tai taip pat palieka įbrėžimus ant borazono kristalų.

Tačiau šie NP turi keletą privalumų, palyginti su natūraliais deimantais: pasižymi didesniu atsparumu karščiui (atlaiko iki 2000 °C temperatūrą, o deimantas sunaikinamas esant 700–800 °C temperatūrai) ir atsparumą mechaninėms apkrovoms (jie yra ne toks trapus). Borazoną 1350 °C temperatūroje ir 62 000 atmosferų slėgyje 1957 metais gavo Robertas Wentorfas. Panašias medžiagas Leningrado mokslininkai gavo 1963 m.

Neorganiniai sieros polimerai

Homopolimeras – ši sieros modifikacija turi linijinę molekulę. Medžiaga nėra stabili, kai temperatūra svyruoja, ji suskaidoma į oktaedrinius ciklus. Susidaro staigiai atšalus išsilydžiusiai sierai.

Sieros dioksido polimerinė modifikacija. Labai panašus į asbestą, turi pluoštinę struktūrą.

Seleno polimerai

Pilkasis selenas yra polimeras su spiralinėmis linijinėmis makromolekulėmis, išdėstytomis lygiagrečiai. Grandinėse seleno atomai yra susieti kovalentiškai, o makromolekulės – molekuliniais ryšiais. Net išlydytas ar ištirpęs selenas nesuyra į atskirus atomus.

Raudonasis arba amorfinis selenas taip pat yra polimeras su grandinine struktūra, bet prastai sutvarkyta struktūra. Temperatūros diapazone 70-90 ˚С jis įgyja panašių į gumą savybių, virsta labai elastinga būsena, primenančia organinius polimerus.

Seleno karbidas arba kalnų krištolas. Termiškai ir chemiškai stabilus, gana stiprus erdvinis kristalas. Pjezoelektrinis ir puslaidininkinis. Jis buvo gautas dirbtinėmis sąlygomis elektrinėje krosnyje maždaug 2000 °C temperatūroje reaguojant anglims.

Kiti seleno polimerai:

• Monoklininis selenas yra labiau tvarkingas nei amorfinis raudonas, bet prastesnis už pilką.
• Seleno dioksidas arba (SiO2)n yra trimatis tinklinis polimeras.
• Asbestas yra pluoštinės struktūros seleno oksido polimeras.

Fosforo polimerai

Yra daug fosforo modifikacijų: balta, raudona, juoda, ruda, violetinė. Raudona – smulkios kristalinės struktūros NP. Jis gaunamas kaitinant baltąjį fosforą be oro prieigos 2500 ˚C temperatūroje. Juodąjį fosforą P. Bridžmanas gavo tokiomis sąlygomis: slėgis 200 000 atmosferų 200 °C temperatūroje.

Fosfornitrido chloridai yra fosforo junginiai su azotu ir chloru. Šių medžiagų savybės kinta didėjant masei. Būtent mažėja jų tirpumas organinėse medžiagose. Kai polimero molekulinė masė pasiekia kelis tūkstančius vienetų, susidaro į gumą panaši medžiaga. Tai vienintelė pakankamai karščiui atspari anglies neturinti guma. Jis sunaikinamas tik aukštesnėje nei 350 °C temperatūroje.

Išvada

Neorganiniai polimerai dažniausiai yra unikalių savybių turinčios medžiagos. Jie naudojami gamyboje, statybose, kuriant novatoriškas ir net revoliucines medžiagas. Tiriant žinomų NP savybes ir kuriant naujas, plečiasi jų taikymo sritis.