Neorganinės polimerinės medžiagos. Telūro grandinės struktūra

52. Polimerai, plastikai Polimerai yra medžiagos, kurių makromolekulės susideda iš daugybės pasikartojančių elementarių vienetų, atstovaujančių tai pačiai atomų grupei. Molekulių masė svyruoja nuo 500 iki 1 000 000 Polimerų molekulės skirstomos į

Teoriškai galimas neorganinių polimerų, susidarančių iš elementų sistemos III-VI grupių cheminių elementų, egzistavimas.

Svarbiausias cheminis elementas kuriant neorganinius polimerus yra deguonis, gausiausias elementas žemėje. Jis lengvai sukuria heterograndinius didelės molekulinės masės elementoksano junginius, todėl polielementoksanai yra pagrindinė heterograndinių anglies neturinčių arba neorganinių polimerų klasė.

Neorganiniams polimerams priskiriami visi be anglies polielementoksanai su ryšiais, tokiais kaip P-O, B-O, S-O, Si-O, Al-O ir kt., taip pat daug anglies neturinčių heterobranduolių junginių, tokių kaip boridai, sulfidai, silicidai, karbidai ir kt.

Visuotinai pripažįstama, kad didelės molekulinės masės junginiai apima medžiagas, kurias sudaro atomai, kovalentiniais ryšiais sujungti į makromolekulinę struktūrą. Nustatyta, kad kovalentinių jungčių kiekis neorganiniuose polimeruose svyruoja nuo 50 iki 80%.

Neorganinių polimerų makromolekulės gali būti ne tik heterograndinės, bet ir homoatominės. Gerai žinomi organiniai homoatominiai anglies polimerai yra deimantas ir grafitas, kurie buvo aptarti aukščiau (4 skyrius).

Mažiau žinomi homoatominiai neorganiniai sieros, seleno ir telūro polimerai. Homoatominių sieros polimerų molekulinė masė yra nuo 5 000 iki 300 000, stiklėjimo temperatūra yra 248–250 K, o 273–353 K temperatūroje pasižymi labai elastingomis savybėmis. Tačiau dauguma cheminių elementų nesugeba sudaryti stabilių homoatominių didelės molekulinės masės junginių.

Heterograndiniai neorganiniai polimerai yra daug plačiau žinomi. Dėl savo struktūros jie yra stabilesni ir atsparesni įvairiems poveikiams.

Heterograndiniai neorganiniai polimerai, kaip ir organiniai, gali turėti linijinę ir tinklinę struktūrą. Linijiniai stiklai apima silikatinius stiklus, kurių pagrindą sudaro silicio oksidas, polifosfatai ir poliboratai (junginiai, kurių pagrindą sudaro atitinkamai polifosforo ir poliboro rūgščių druskos). Didelės molekulinės silikatų prigimties, mūsų didysis tautietis D.I. Mendelejevas numatė dar XIX a. ir rašė apie silicio dioksidą kaip polimerą.

Kitas neorganinis heterograndinis polimeras, kurio pagrindą sudaro silicio dioksidas, – kvarcas, turi trimatę tinklo struktūrą.

Gerai žinomos ir kitos natūralios neorganinės polimerinės medžiagos silikatų pagrindu – asbestas, žėrutis, talkas. Sukurtos šių polimerų sintezės technologijos, dirbtinių medžiagų techninės charakteristikos yra aukštesnės nei natūralių.

Svarbiausią neorganinių heterograndinių polimerinių medžiagų grupę sudaro įvairios sudėties keramika.

Kas leidžia šias medžiagas laikyti polimerinėmis? Visų pirma, didelė makromolekulės anizotropija ir atomų tarpusavio ryšys stipriais kovalentiniais ryšiais. Be anglies polimerų, taip pat organinių polimerų dujinė būsena nežinoma. Kaip ir organiniai didelės molekulinės masės junginiai, be anglies polimerai skirstomi į termoplastus (pavyzdžiui, silikatinius stiklus) ir termoreaktingus (pavyzdžiui, oksidinę keramiką).

Neorganinių polimerų tirpalai ir lydalai, palyginti su mažos molekulinės masės medžiagų tirpalais, turi padidintą klampumą, kuris didėja didėjant molekulinei masei. Tinkliniai neorganiniai polimerai, kaip ir tinkliniai organiniai polimerai, negali ištirpti.

Neorganinės polimerinės medžiagos, turinčios linijinę struktūrą, gali būti trijų fizinių būsenų: stiklinės, labai elastingos ir klampios. Fig. 17.1 paveiksle pavaizduotos organinių ir neorganinių polimerų termomechaninės kreivės. Kreivės buvo sudarytos išmatuojant apvalaus strypo, pagaminto iš tiriamos medžiagos, sukimo kampą f esant skirtingoms temperatūroms.

Iš pateiktų duomenų matyti, kad neorganiniai stiklai, kaip ir organiniai polimerai, turi du temperatūros pokyčius:

Ryžiai. 17.1. Organinių ir neorganinių polimerų termomechaninės kreivės: 1 - organinis stiklas; 2- ebonitas; 3, 4, 5 - silikatiniai stiklai (atitinkamai švino, šarminiai ir mažai šarminiai)

taip, kai jų savybės (šiuo atveju strypo sukimo kampas) smarkiai pasikeičia, o tai susiję su jų perėjimais iš stiklinės į labai elastingą būseną ir iš labai elastingos į klampų tekėjimo būseną.

Daugelis neorganinių polimerų turi tinklinę struktūrą ir, kaip ir organiniai termoreaktingi, negali pasižymėti dideliu elastingumu. Tinkliniams neorganiniams polimerams, taip pat organiniams polimerams, turintiems trimatį tinklą, sąvoka „makromolekulė“ praranda prasmę, nes visi jų atomai yra sujungti į vieną tinklo struktūrą ir sudaro milžinišką supermakromolekulę.

Neorganinių didelės molekulinės masės junginių, taip pat organinių, gamybos technologija pagrįsta polimerizacija ir polikondensacija. Tinklinės struktūros neorganinių polimerų sintezė ir gaminių iš jų formavimas vyksta vienu metu, kaip ir gaminant gaminius iš termoreaktingų medžiagų.

Neorganinių polimerų plastifikacija atliekama mažos molekulinės masės medžiagomis ir leidžia sumažinti stiklėjimo temperatūrą, panašiai kaip ir plastifikuojant organinius polimerus organiniais plastifikatoriais. Vanduo, alkoholiai, amoniakas ir dujos, tokios kaip azotas ir deguonis, naudojami kaip neorganinių polimerų plastifikatoriai, kurie sumažina tarpmolekulinės sąveikos lygį ir padidina intervalą tarp stiklėjimo ir takumo temperatūrų.

Neorganiniai polimerai linkę formuoti supramolekulines struktūras. Įvairiais metodais nustatyta, kad stiklo struktūroje yra griežtai užsakytų mikronehomogeniškumo. Viename tūryje 1 stikle yra vienas struktūriškai sutvarkytas elementas (G 28 cm 3 . Tokių elementų dydžiai, kaip taisyklė, yra itin maži (nuo 1 iki 300 nm), todėl neturi didelės įtakos stiklo savybėms. stiklai Kai kuriose medžiagose branduolių pagalba kristalizacija sukuria dvifazę amorfinę-kristalinę struktūrą, kuri leidžia gauti nurodytas savybes turinčias medžiagas.

Fig. 17.2 paveiksle pateiktos neorganinių polimerų, kurių pagrindą sudaro metalų oksidai, mikrostruktūros nuotraukos, kuriose aiškiai matomi supramolekuliniai dariniai, nurodantys šių medžiagų struktūrinę tvarką.

Ryžiai. 17.2. Neorganinių polimerų supramolekulinės struktūros (x10 000): A- kuro granulės U0 2; b- špineliai MgAl 2 0 4

Beanglies linijinių polielementoksanų makromolekulės, kaip ir organiniai polimerai, yra lanksčios. Plačiai paplitusi nuomonė apie neorganinių polimerų makromolekulių lankstumo trūkumą grindžiama tuo, kad dauguma be anglies natūralių polimerų (silikatų) turi trimatę struktūrą, kuri griežtai riboja makromolekulių segmentinį mobilumą.

Neorganinių polimerų fizinės ir cheminės savybės iš esmės skiriasi nuo organinių ir organinių elementų polimerų savybių, o tai yra pagrindinės grandinės struktūros skirtumų pasekmė. Jie pasižymi dideliu stiprumu ir kietumu, atsparumu ugniai ir karščiui, atsparumu dilimui ir puikiomis dielektrinėmis savybėmis, yra chemiškai ir biologiškai inertiški.

Dėl šių savybių neorganiniai polimerai plačiai naudojami kaip ugniai atsparios, karščiui atsparios ir itin stiprios konstrukcinės medžiagos. Iš jų gaminami katalizatoriai ir adsorbentai, klijai ir sandarikliai, turintys didelį atsparumą karščiui, šios medžiagos naudojamos lazerinės ir elektroninės įrangos gamyboje. Neorganiniai polimerai plačiai naudojami kaip statybinės medžiagos, taip pat ortopedijoje ir odontologijoje. Ir tai tik pradžia.

17.1 lentelė.Keraminių medžiagų ir stiklo tyrimų ir plėtros plėtros prognozė

Lentelėje 17.1 rodo neorganinių polimerinių medžiagų tyrimų plėtros prognozes, kurios rodo, kad ši medžiagų mokslo sritis turėtų paskatinti revoliucinius pokyčius naujų technologijų kūrimo srityje.

Tolesnė šių medžiagų naudojimo plėtra siejama su būtinybe mažinti jų savikainą ir plėsti gamybos apimtis.

Saugumo klausimai

• 1. Kokie cheminiai elementai gali sudaryti neorganines polimerines medžiagas?
• 2. Kokie ryšiai jungia atomus neorganinėse polimerinėse medžiagose?
• 3. Pateikite neorganinių konstrukcinių medžiagų pavyzdžių.
• 4. Kokios yra svarbiausios didelės molekulinės masės junginių savybės, kurias turi neorganiniai polimerai?
• 5. Kokios fizinės būsenos žinomos neorganiniams polimerams?
• 6. Kaip galima klasifikuoti neorganinius polimerus pagal kaitinimą?
• 7. Ar galima plastifikuoti neorganinius polimerus?
• 8. Ar supramolekulinės struktūros samprata taikytina neorganiniams polimerams?
• 9. Kokios išskirtinės neorganinių konstrukcinių medžiagų savybės?

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 pakalbėsime apie įdomiausius neorganinių polimerų - brangakmenių - atstovus.
Įdomiausias, pretenzingas, moterų mylimas neorganinių polimerų atstovas – 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 „Tai 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. Hallo 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. Po Sovietų Sąjungos žlugimo deimantų sintezės plėtra nebuvo sustabdyta 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 deimantus auginančių įmonių pirmiausia dirba elektronikos ir optikos pramonės reikmėms. 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 USD, safyrų kilogramo kaina yra 200 USD. 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 tokiais kiekiais 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 kolektoriams. 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.

Neorganiniai polimerai

• Neorganiniai polimerai- polimerai, kurių pasikartojančiame vienete nėra C-C jungčių, bet gali turėti organinį radikalą kaip šoninius pakaitus.

Polimerų klasifikacija

1. Homochain polimerai

Anglis ir chalkogenai (plastinė sieros modifikacija).

Mineralinio pluošto asbestas

Asbesto charakteristikos

• Asbestas(gr. ἄσβεστος, - nesunaikinamas) yra bendras smulkių pluoštų mineralų grupės iš silikatų klasės pavadinimas. Susideda iš geriausių lanksčių pluoštų.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - formulė

• Du pagrindiniai asbesto tipai yra gyvatiškas asbestas (chrizotilo asbestas arba baltasis asbestas) ir amfibolinis asbestas.

Cheminė sudėtis

• Pagal savo cheminę sudėtį asbestas yra vandeniniai magnio, geležies ir iš dalies kalcio bei natrio silikatai. Chrizotilo asbesto klasei priklauso šios medžiagos:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

Saugumas

• Asbestas yra praktiškai inertiškas ir netirpsta kūno skysčiuose, tačiau turi pastebimą kancerogeninį poveikį. Žmonėms, dalyvaujantiems asbesto gavyboje ir perdirbime, yra kelis kartus didesnė tikimybė susirgti navikais nei visiems gyventojams. Dažniausiai tai sukelia plaučių vėžį, pilvaplėvės, skrandžio ir gimdos navikus.

• Remdamasi plačių mokslinių kancerogenų tyrimų rezultatais, Tarptautinė vėžio tyrimų agentūra asbestą priskyrė prie vienos pavojingiausių kancerogenų pirmajai kategorijai.

Asbesto panaudojimas

• Ugniai atsparių audinių gamyba (įskaitant kostiumų siuvimą ugniagesiams).

• Statyboje (kaip asbestcemenčio mišinių dalis vamzdžiams ir šiferiui gaminti).

• Vietose, kur būtina sumažinti rūgščių įtaką.

Neorganinių polimerų vaidmuo formuojant litosferą

Litosfera

• Litosfera- kietasis Žemės apvalkalas. Jį sudaro žemės pluta ir viršutinė mantijos dalis iki astenosferos.

Litosfera po vandenynais ir žemynais labai skiriasi. Po žemynais esančią litosferą sudaro nuosėdiniai, granito ir bazalto sluoksniai, kurių bendras storis siekia iki 80 km. Dėl vandenyno plutos susidarymo po vandenynais esanti litosfera patyrė daugybę dalinio tirpimo etapų, labai išeikvota lydančių retų elementų, daugiausia susideda iš dunitų ir harzburgitų, jos storis 5-10 km, o granitas sluoksnio visiškai nėra.

Cheminė sudėtis

Pagrindiniai Žemės plutos ir Mėnulio paviršiaus dirvožemio komponentai yra Si ir Al oksidai bei jų dariniai. Šią išvadą galima padaryti remiantis esamomis idėjomis apie bazalto uolienų paplitimą. Pagrindinė žemės plutos medžiaga yra magma – skysta uolienų forma, kurioje kartu su išlydytais mineralais yra daug dujų. Kai magma pasiekia paviršių, susidaro lava, kuri sukietėja į bazalto uolienas. Pagrindinis lavos cheminis komponentas yra silicio dioksidas arba silicio dioksidas, SiO2. Tačiau esant aukštai temperatūrai, silicio atomai gali būti lengvai pakeisti kitais atomais, pavyzdžiui, aliuminiu, sudarydami įvairių tipų aliuminio silikatus. Apskritai litosfera yra silikatinė matrica, kurioje yra kitų medžiagų, susidariusių dėl fizinių ir cheminių procesų, praeityje vykusių aukštos temperatūros ir slėgio sąlygomis. Tiek pačioje silikatinėje matricoje, tiek joje esančiuose inkliuzuose daugiausia yra polimerų pavidalo medžiagų, tai yra heterograndinių neorganinių polimerų.

Granitas

• Granitas - silicinė magminė intruzinė uoliena. Jį sudaro kvarcas, plagioklazas, kalio lauko špatas ir žėručiai – biotitas ir muskovitas. Granitai labai plačiai paplitę žemyninėje plutoje.

Didžiausi granitų kiekiai susidaro susidūrimo zonose, kur susiduria dvi žemyninės plokštės ir sustorėja žemyninė pluta. Kai kurių tyrinėtojų teigimu, sutirštėjusioje susidūrimo plutoje vidurinės plutos lygyje (gylis 10-20 km) susidaro visas granito lydalo sluoksnis. Be to, granitinis magmatizmas būdingas aktyviems žemyno pakraščiams, o kiek mažesniu mastu – salų lankams.

• Mineralinė granito sudėtis:

• lauko špatai - 60-65%;

• kvarcas - 25-30%;

• tamsios spalvos mineralai (biotitas, retai raguočiai) - 5-10%.

Bazaltas

• Mineralinė sudėtis. Grunto masę sudaro plagioklazės, klinopirokseno, magnetito arba titanomagnetito mikrolitai, taip pat vulkaninis stiklas. Labiausiai paplitęs mineralas yra apatitas.

• Cheminė sudėtis. Silicio dioksido kiekis (SiO2) svyruoja nuo 45 iki 52-53%, šarminių oksidų Na2O+K2O suma iki 5%, šarminiuose bazaltuose iki 7%. Kiti oksidai gali pasiskirstyti taip: 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%;

Kvarcas (silicio (IV) oksidas, silicio dioksidas)

Formulė: SiO2

• Formulė: SiO2

• Spalva: bespalvė, balta, violetinė, pilka, geltona, ruda

• Savybės spalva: baltas

• Blizgesys: stiklinis, kartais riebus kietoje masėje

• Tankis: 2,6-2,65 g/cm³

• Kietumas: 7

Cheminės savybės

Korundas (Al2O3, aliuminio oksidas)

Formulė: Al2O3

• Formulė: Al2O3

• Spalva: mėlyna, raudona, geltona, ruda, pilka

• Savybės spalva: baltas

• Blizgesys: stiklo

• Tankis: 3,9–4,1 g/cm³

• Kietumas: 9

Telūras

Telūro grandinės struktūra

• Kristalai yra šešiakampiai, juose esantys atomai sudaro spiralines grandines ir yra sujungti kovalentiniais ryšiais su artimiausiais kaimynais. Todėl elementinį telūrą galima laikyti neorganiniu polimeru. Kristaliniam telūrui būdingas metalinis blizgesys, nors dėl savo cheminių savybių komplekso jį greičiau galima priskirti prie nemetalų.

Telūro taikymas

• Puslaidininkinių medžiagų gamyba

• Gumos gamyba

• Aukštos temperatūros superlaidumas

Selenas

Seleno grandinės struktūra

Juoda Pilka Raudona

Pilkas selenas

Pilkas selenas (kartais vadinamas metaliniu) turi kristalus šešiakampėje sistemoje. Jo elementarioji gardelė gali būti pavaizduota kaip šiek tiek deformuotas kubas. Atrodo, kad visi jo atomai yra suverti ant spiralinių grandinių, o atstumai tarp gretimų atomų vienoje grandinėje yra maždaug pusantro karto mažesni nei atstumas tarp grandinių. Todėl elementarieji kubai yra iškraipomi.

Pilko seleno panaudojimas

• Paprastas pilkasis selenas turi puslaidininkių savybių, tai yra p tipo puslaidininkis, t.y. laidumą jame daugiausia sukuria ne elektronai, o „skylės“.

• Kita praktiškai labai svarbi puslaidininkinio seleno savybė yra jo gebėjimas staigiai padidinti elektros laidumą veikiant šviesai. Šia savybe pagrįstas seleno fotoelementų ir daugelio kitų prietaisų veikimas.

Raudonasis selenas

• Raudonasis selenas yra mažiau stabili amorfinė modifikacija.

• Polimeras su grandinine struktūra, bet prastai sutvarkyta struktūra. Esant 70-90°C temperatūrų diapazonui, jis įgauna panašių į gumą savybių, virsta itin elastinga.

• Neturi konkrečios lydymosi temperatūros.

• Raudonas amorfinis selenas kylant temperatūrai (-55) pradeda virsti pilku šešiakampiu selenu

Siera

Struktūrinės savybės

• Plastinę sieros modifikaciją sudaro spiralinės sieros atomų grandinės su kairiąja ir dešine sukimosi ašimis. Šios grandinės yra susuktos ir traukiamos viena kryptimi.

• Plastikinė siera yra nestabili ir spontaniškai virsta rombine siera.

Plastikinės sieros gavimas

Sieros panaudojimas

• Sieros rūgšties paruošimas;

• Popieriaus pramonėje;

• žemės ūkyje (kovojant su augalų, daugiausia vynuogių ir medvilnės, ligomis);

• gaminant dažus ir šviečiančias kompozicijas;

• gauti juodus (medžioklės) miltelius;

• degtukų gamyboje;

• tepalai ir milteliai tam tikroms odos ligoms gydyti.

Allotropinės anglies modifikacijos

Lyginamosios charakteristikos

Alotropinių anglies modifikacijų taikymas

• Deimantas – pramonėje: iš jo gaminami peiliai, grąžtai, pjaustytuvai; papuošalų gamyboje. Ateitis – mikroelektronikos kūrimas ant deimantinių substratų.

• Grafitas – lydymosi tiglių, elektrodų gamybai; plastikinis užpildas; neutronų moderatorius branduoliniuose reaktoriuose; kompozicijos, skirtos juodo grafito pieštukų (sumaišytų su kaolinu) švino gamybai, komponentas