İnorganik polimerler: örnekler ve uygulamalar. Çeşitli inorganik polimer türleri inorganik polimerler

1833 yılında J. Berzelius, izomerizm türlerinden birini adlandırmak için kullandığı “polimerizm” terimini icat etti. Bu tür maddelerin (polimerlerin) aynı bileşime sahip olması ancak etilen ve butilen gibi farklı molekül ağırlıklarına sahip olması gerekiyordu. J. Berzelius'un vardığı sonuç, "polimer" teriminin modern anlayışına uymuyor çünkü o zamanlar gerçek (sentetik) polimerler henüz bilinmiyordu. Sentetik polimerlerin ilk sözleri 1838'e (poliviniliden klorür) ve 1839'a (polistiren) kadar uzanır.

Polimer kimyası ancak A. M. Butlerov'un organik bileşiklerin kimyasal yapısı teorisini yaratmasından sonra ortaya çıktı ve kauçuğu sentezleme yöntemlerine yönelik yoğun araştırma sayesinde daha da geliştirildi (G. Bushard, W. Tilden, K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev) . 20. yüzyılın 20'li yıllarının başından itibaren polimerlerin yapısına ilişkin teorik fikirler gelişmeye başladı.

TANIM

Polimerler- Molekülleri (makromoleküller) çok sayıda tekrar eden gruptan (monomer birimleri) oluşan, yüksek moleküler ağırlığa sahip (birkaç binden milyonlarcaya kadar) kimyasal bileşikler.

Polimerlerin sınıflandırılması

Polimerlerin sınıflandırılması üç özelliğe dayanmaktadır: kökenleri, kimyasal yapıları ve ana zincirdeki farklılıklar.

Menşei açısından tüm polimerler, nükleik asitler, proteinler, selüloz, doğal kauçuk, kehribar içeren doğal (doğal) olarak ikiye ayrılır; poliüretan, poliviniliden florür, fenol-formaldehit reçineleri vb. içeren sentetik (laboratuvarda sentez yoluyla elde edilir ve doğal analogları yoktur); yapay (laboratuvarda sentez yoluyla elde edilir, ancak doğal polimerlere dayalıdır) - nitroselüloz vb.

Kimyasal yapılarına göre polimerler, organik polimerlere (bir monomere dayalı - bir organik madde - tüm sentetik polimerler), inorganik (Si, Ge, S ve diğer inorganik elementlere dayalı - polisilanlar, polisilisik asitler) ve organoelemente (bir doğal organik ve inorganik polimerlerin (polisoksanlar) karışımı.

Homozincir ve heterozincir polimerleri vardır. İlk durumda, ana zincir karbon veya silikon atomlarından (polisilanlar, polistiren), ikincisinde ise çeşitli atomlardan (poliamitler, proteinler) oluşan bir iskeletten oluşur.

Polimerlerin fiziksel özellikleri

Polimerler iki toplanma durumuyla (kristalin ve amorf) ve özel özelliklerle - elastikiyet (hafif yük altında geri dönüşümlü deformasyonlar - kauçuk), düşük kırılganlık (plastikler), yönlendirilmiş bir mekanik alanın etkisi altında yönelim, yüksek viskozite ve çözünme ile karakterize edilir. Polimerin şişmesi yoluyla meydana gelir.

Polimerlerin hazırlanması

Polimerizasyon reaksiyonları, doymamış bileşik moleküllerinin yüksek molekül ağırlıklı bir ürün - bir polimer oluşumu ile birbirine ardışık olarak eklenmesini temsil eden zincir reaksiyonlarıdır (Şekil 1).

Pirinç. 1. Polimer üretimi için genel şema

Örneğin polietilen, etilenin polimerizasyonuyla üretilir. Molekülün moleküler ağırlığı 1 milyona ulaşır.

n CH2 =CH2 = -(-CH2-CH2-)-

Polimerlerin kimyasal özellikleri

Her şeyden önce polimerler, polimerde bulunan fonksiyonel grubun karakteristik reaksiyonları ile karakterize edilecektir. Örneğin, polimer, alkol sınıfına ait bir hidrokso grubu içeriyorsa, bu nedenle polimer, alkoller gibi reaksiyonlara katılacaktır.

İkincisi, düşük molekül ağırlıklı bileşiklerle etkileşim, ağ veya dallanmış polimerlerin oluşumu ile polimerlerin birbirleriyle etkileşimi, aynı polimerin parçası olan fonksiyonel gruplar arasındaki reaksiyonlar ve ayrıca polimerin monomerlere ayrışması (zincir yıkımı) .

Polimerlerin uygulanması

Polimerlerin üretimi insan yaşamının çeşitli alanlarında geniş uygulama alanı bulmuştur - kimya endüstrisi (plastik üretimi), makine ve uçak yapımı, petrol rafineri işletmeleri, tıp ve farmakoloji, tarım (herbisit, böcek ilacı, böcek ilacı üretimi), inşaat endüstrisi ( ses ve ısı yalıtımı), oyuncak, pencere, boru, ev eşyası üretimi.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 1

Modern dünyada polimerler hakkında en azından bir fikri olmayan neredeyse hiç kimse yok. Polimerler bir insanla birlikte yaşar, hayatını giderek daha rahat ve konforlu hale getirir. Polimerlerden bahsederken, daha görünür oldukları için ilk çağrışımlar sentetik organik maddeler olacaktır. Doğal polimerler - doğal organik maddeler - çevremizdeki dünyada bunlardan daha fazlası olmasına rağmen, bir kişinin çağrışımsal algısında arka planda kaybolurlar. Her zaman etrafımızı sarıyorlar ama kimse flora ve faunanın kökeninin doğasını düşünmüyor. Selüloz, nişasta, lignin, kauçuk, proteinler ve nükleik asitler, doğanın etrafımızdaki hayvan ve bitki dünyasını yaratmak için kullandığı ana malzemelerdir. Ve kesinlikle hiç kimse değerli taşları, grafiti, mikayı, kumu ve kili, camı ve çimentoyu polimer olarak algılamayacaktır. Bununla birlikte bilim, yukarıda listelenenler de dahil olmak üzere birçok inorganik bileşiğin polimerik yapısı gerçeğini ortaya koymuştur. Polimer maddeler makromoleküllerden oluşur. Polimerler oluştuğunda, çok sayıda atom veya atom grubu, kimyasal bağlarla (kovalent veya koordinasyon) birbirine bağlanır. Polimer makromolekülleri onlarca, yüzlerce, binlerce veya onbinlerce atom veya tekrarlanan temel birimler içerir. Polimer yapısı hakkında bilgi, çözeltilerin özellikleri, kristallerin yapısı ve inorganik maddelerin mekanik ve fizikokimyasal özellikleri incelenerek elde edildi. Yukarıdakileri desteklemek için, bazı inorganik maddelerin polimerik yapısının gerçeğini doğrulayan yeterli miktarda bilimsel literatürün bulunduğuna dikkat edilmelidir.

Mantıklı bir açıklama şu olabilir: Neden sentetik organik polimerler hakkında bu kadar çok bilgi varken inorganik polimerler hakkında bu kadar az bilgi var? İnorganik polimerik maddeler varsa bunlar tam olarak nedir ve nerede kullanılır? Yukarıda inorganik polimerlerin çeşitli örnekleri verilmiştir. Bunlar herkesin bildiği iyi bilinen maddelerdir, ancak çok az kişi bu maddelerin polimer olarak sınıflandırılabileceğini biliyor. Genel olarak ortalama bir insan, grafitin bir polimer olarak sınıflandırılıp sınıflandırılamayacağını umursamıyor; değerli taşlara gelince, bazıları için pahalı mücevherleri ucuz plastik mücevherlerle eşitlemek rahatsız edici bile olabilir. Bununla birlikte, bazı inorganik maddelere polimer demek için bir neden varsa, o zaman neden bunun hakkında konuşmayasınız? Bu tür malzemelerin bazı temsilcilerine bakalım ve en ilginç olanlarına daha detaylı bakalım.
İnorganik polimerlerin sentezi çoğunlukla çok saf başlangıç ​​malzemelerinin yanı sıra yüksek sıcaklık ve basınç gerektirir. Organik polimerler gibi bunların üretimine yönelik ana yöntemler polimerizasyon, polikondensasyon ve polikoordinasyondur. En basit inorganik polimerler, aynı atomlardan oluşan zincirlerden veya çerçevelerden oluşan homozincir bileşiklerini içerir. Hemen hemen tüm organik polimerlerin yapısında yer alan ana element olan iyi bilinen karbona ek olarak, makromoleküllerin oluşumuna başka elementler de katılabilir. Bu elementler arasında üçüncü gruptan bor, dördüncü gruptan silikon, germanyum ve kalay, ayrıca beşinci gruptan karbon, fosfor, arsenik, antimon ve bizmut, altıncı gruptan kükürt, selenyum, tellür yer alıyor. Esas olarak bu elementlerden elde edilen homozincir polimerler elektronik ve optikte kullanılmaktadır. Elektronik endüstrisi çok yüksek bir hızla gelişiyor ve sentetik kristallere olan talep uzun süredir arzı aşıyor. Bununla birlikte, karbon ve onun temelinde üretilen inorganik polimerler: elmas ve grafit özellikle dikkat çekicidir. Grafit, çeşitli endüstrilerde uygulama bulan iyi bilinen bir malzemedir. Kurşun kalemler, elektrotlar, potalar, boyalar ve yağlayıcılar grafitten yapılır. Binlerce ton grafit, nötronları yavaşlatma özelliği nedeniyle nükleer endüstrinin ihtiyaçlarına gidiyor. Makalede inorganik polimerlerin en ilginç temsilcileri olan değerli taşlar üzerinde daha ayrıntılı olarak duracağız.
İnorganik polimerlerin en ilginç, iddialı ve kadınlar tarafından sevilen temsilcisi elmastır. Elmaslar çok pahalı minerallerdir ve aynı zamanda inorganik polimerler olarak da sınıflandırılabilir; doğada beş büyük şirket tarafından çıkarılmaktadır: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. Bu taşların itibarını yaratan DeBeers şirketiydi. Akıllı pazarlama “sonsuza kadar” sloganına indirgenir. DeBeers bu taşı sevginin, refahın, gücün ve başarının sembolüne dönüştürdü. İlginç bir gerçek, elmasların doğada oldukça sık bulunmasıdır; örneğin daha nadir mineraller olan safir ve yakut, ancak elmaslardan daha düşük değere sahiptirler. En ilginç olanı ise doğal elmas piyasasında gelişen durum. Gerçek şu ki, sentetik elmas elde etmeyi mümkün kılan teknolojiler var. 1954 yılında General Electric araştırmacısı Tracy Hall, 100.000 atmosfer basınçta ve 2500°C'nin üzerindeki sıcaklıkta demir sülfürden elmas kristalleri elde etmeyi mümkün kılan bir cihaz icat etti. Bu taşların kalitesi mücevher açısından yüksek değildi ancak sertliği doğal taşla aynıydı. Hall'un icadı geliştirildi ve 1960 yılında General Electric, mücevher kalitesinde elmas üretmenin mümkün olduğu bir tesis kurdu. Olumsuz nokta sentetik taşların fiyatının doğal taşlara göre daha yüksek olmasıydı.
Şu anda elmasları sentezlemek için iki teknoloji var. HPHT (yüksek basınç/yüksek sıcaklık) teknolojisi, elmasların yüksek basınç ve yüksek sıcaklığın birleşimiyle sentezlenmesidir. CVD (kimyasal buhar biriktirme) teknolojisi, daha ilerici olduğu düşünülen ve sanki elmasın büyümesinin doğal koşullarını simüle ediyormuş gibi elmas yetiştirmenize olanak tanıyan bir kimyasal buhar biriktirme teknolojisidir. Her iki teknolojinin de avantajları ve dezavantajları vardır. Bunları kullanan kampanyalar, kendi icatlarını ve gelişmelerini kullanarak teknolojinin eksikliklerini gideriyor. Örneğin, 1989 yılında Novosibirsk'ten bir grup Sovyet bilim adamı füzyon basıncını 60.000 atmosfere düşürmeyi başardı. Sovyetler Birliği'nin çöküşünden sonra, yüksek kaliteli değerli taşların ucuz sentezine yönelik teknolojiyi elde etmek isteyen birçok yabancı yatırımcı sayesinde elmas sentezi alanındaki gelişmeler devam etti. Örneğin DeBeers, piyasayı kontrol etme fırsatını kaybetmemek için bazı bilim adamlarının çalışmalarını finanse etti. Bazı özel girişimciler Rusya'da elmas sentezi ekipmanı satın aldı; örneğin, şu anda gelişen Amerikan şirketi Gemesis, 1996 yılında Rusya'da 60.000 $ karşılığında bir elmas yetiştirme tesisini satın alarak işe başladı. Gemesis artık nadir renkteki pırlantaları (sarı ve mavi) üretip satıyor ve bunlar ile tamamen aynı doğal taşlar arasındaki fiyat farkı %75'e ulaşıyor.

Elmasları sentezleyen bir diğer büyük şirket olan Apollo Diamond, taşları belirli bir bileşime sahip bir gaz atmosferinde (HPHT ve CVD'nin simbiyoz teknolojisi) sentezleyerek HPHT teknolojisini geliştirmektedir. Bu yöntem Apollo Diamond'ı mücevher taşları pazarına kazandırıyor, aynı zamanda bu teknoloji kullanılarak yetiştirilen sentetik elmasların kalitesi de çok yüksek. Gemotologların sentetik taşları doğal taşlardan ayırt etmesi giderek zorlaşıyor. Bu, oldukça karmaşık ve pahalı ekipmanlar kullanılarak yapılan karmaşık analizleri gerektirir. Apollo Diamond sentetik mücevher elmaslarının standart analiz yöntemleri kullanılarak doğal minerallerden ayırt edilmesi neredeyse imkansızdır.

Dünya elmas üretimi şu anda 115 milyon karat yani yılda 23 tondur. Teorik olarak bu devasa pazar çökebilir ve elmasların değerli taşlar olarak itibarı sonsuza kadar kaybolabilir. Tekelci firmalar durumu istikrara kavuşturmak ve piyasayı kontrol etmek için yatırım yapar. Örneğin, pahalı pazarlama kampanyaları yürütülüyor, yapay elmas üretim teknolojileri için patentler satın alınıyor, böylece bu teknolojiler hiç tanıtılmıyor, markalı elmaslar için doğal kökenlerini doğrulayan sertifikalar ve kalite pasaportları veriliyor. Peki bu durum füzyon teknolojisinin ilerlemesini engelleyecek mi?

Pırlantadan bahsetmişken mücevher sektörünün değerli taşlarının parlaklığı dikkatimizi çekti ama endüstriyel taşları da belirtmeliyiz. Bu durumda, elmas yetiştiren işletmelerin çoğu öncelikle elektronik ve optik endüstrilerinin ihtiyaçları için faaliyet göstermektedir. Endüstriyel taş pazarı mücevher pazarı kadar ilgi çekici olmayabilir ama yine de çok büyük. Örneğin Apollo Diamond'ın ana geliri, yarı iletkenler için ince elmas disklerin sentezidir. Bu arada, ayda yaklaşık 200 kg elmas verimliliğine sahip bir elmas sentez tesisi artık 30 bin dolara satın alınabiliyor.

Değerli taşların bir diğer temsilcisi ise yakuttur. İlk sentetik yakut 1902'de doğdu. Fransız mühendis Verneuil tarafından alüminyum oksit ve krom tozunun eritilmesiyle sentezlendi ve daha sonra altı gramlık bir yakut halinde kristalleştirildi. Sentezin bu basitliği, dünya çapında endüstriyel yakut üretiminin nispeten hızlı bir şekilde gelişmesine olanak sağladı. Bu taş büyük talep görüyor. Dünyada her yıl yaklaşık 5 ton yakut çıkarılıyor ve pazarın ihtiyacı yüzlerce tonu buluyor. Saat endüstrisinde ve lazer üretiminde yakutlara ihtiyaç duyulmaktadır. Verneuil tarafından önerilen teknoloji daha sonra safir ve garnetlerin sentezi için ön koşulları sağladı. Yapay yakutların en büyük üretimleri Fransa, İsviçre, Almanya, Büyük Britanya ve ABD'de bulunmaktadır. Üretim ekonomisi aşağıdaki gibidir. Maliyetin aslan payı enerji maliyetlerine gidiyor. Aynı zamanda bir kilogram yakutun sentezlenmesinin maliyeti 60 dolar, bir kilogram safirin maliyeti ise 200 dolardır. Böyle bir işletmenin karlılığı çok yüksektir çünkü kristallerin satın alma fiyatı en az iki kat daha yüksektir. Burada, büyütülen tek kristal ne kadar büyük olursa maliyetinin de o kadar düşük olması; ayrıca kristallerden ürünler üretilirken fiyatlarının satılan kristallerin fiyatından çok daha yüksek olacağı gibi bir dizi faktör dikkate alınmalıdır (çünkü). örneğin cam üretimi ve satışı). Ekipmana gelince, Rusya'nın kristal yetiştirme tesisleri yaklaşık 50 bin dolara mal oluyor, Batılı tesisler çok daha pahalı, organize üretimin geri ödeme süresi ise ortalama iki yıl. Daha önce de belirtildiği gibi, pazarın sentetik kristallere olan ihtiyacı çok büyük. Örneğin safir kristaller büyük talep görüyor. Dünyada yılda yaklaşık bin ton safir sentezleniyor. Yıllık üretim ihtiyacı bir milyon tona ulaşıyor!
Zümrütler mücevher sektörünün ihtiyaçları doğrultusunda özel olarak sentezlenmektedir. Diğer kristallerden farklı olarak zümrüt, bir eriyikten değil, bir hidrotermal odada 400 ° C sıcaklıkta ve 500 atmosfer basınçta bir bor ahidrit çözeltisinden elde edilir. Doğal taş çıkarımının yılda sadece 500 kilogram olması merak ediliyor. Sentetik zümrütler de dünyada diğer kristaller kadar büyük olmayan miktarlarda, yani yılda bir ton civarında üretiliyor. Gerçek şu ki, zümrüt sentezleme teknolojisinin verimliliği düşük, ancak bu tür üretimin karlılığı yüksek. Kilogramı 200 dolar maliyetle ayda yaklaşık 5 kilogram kristal üreten sentetik zümrütlerin satış fiyatı neredeyse doğal zümrütlerin fiyatına eşit. Zümrüt sentezi için kurulumun maliyeti yaklaşık 10 bin dolar.
Ancak en popüler sentetik kristal silikondur. Belki herhangi bir değerli taşa şans verecektir. Şu anda silikon, sentetik kristaller için toplam pazarın %80'ini kaplıyor. Yüksek teknolojilerin hızla gelişmesi nedeniyle piyasada silikon sıkıntısı yaşanıyor. Şu anda silikon üretiminin karlılığı %100'ün üzerindedir. Bir kilogram silisyumun fiyatı kilogram başına 100 dolar civarındayken sentez maliyeti 25 dolara ulaşıyor.

Yarı iletken olarak ultra saf silikon kullanılır. Kristallerinden yüksek verimli güneş fotoselleri yapılır. Silikon da karbon gibi atomlarından uzun moleküler zincirler oluşturabilir. Bu sayede şaşırtıcı özelliklere sahip silan ve kauçuk elde edilir. Birkaç yıl önce, 0,0025 santimetre kalınlığında silikon kauçuktan bir film üretmeyi başaran Amerikalı mühendis Walter Robbs'un deneyleriyle ilgili haberler tüm dünyayı heyecanlandırıyordu. Hamsterin yaşadığı kafesi bu lastikle kapladı ve hamsteri akvaryuma indirdi. Dünyanın ilk denizaltı hamsteri birkaç saat boyunca suda çözünmüş oksijeni soludu, uyanıktı ve hiçbir endişe belirtisi göstermedi. Filmin, balığın solungaçlarıyla aynı işlevleri yerine getiren bir zar rolü oynadığı ortaya çıktı. Film, canlandırıcı gaz moleküllerinin içeri girmesine izin verirken, karbondioksit filmden dışarı atılır. Bu keşif, nefes alan karışım ve oksijen jeneratörlerinin bulunduğu silindirleri kenara çekerek su altında insan yaşamını düzenlemeyi mümkün kılıyor.

Silikon üç tipte gelir: metalurjik silikon (MG), elektronik sınıfı silikon (EG) ve güneş sınıfı silikon (SG). Bir dizi enerji krizi nedeniyle alternatif enerji teknolojileri yoğun bir şekilde kullanılmaya başlandı. Bunlar arasında güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi, yani güneş pilleriyle çalışan güneş enerjisi tesislerinin kullanılması da yer alıyor. Güneş pillerinin önemli bir bileşeni silikondur. Ukrayna'da Zaporozhye titanyum-magnezyum fabrikası güneş pilleri için silikon üretti. Sovyetler Birliği döneminde bu işletme 200 ton silikon üretti ve tüm Birlik üretim hacmi 300 ton oldu. Yazar şu anda Zaporozhye'deki silikon üretiminin durumu hakkında hiçbir şey bilmiyor. Enerji sektörünün ihtiyaçlarına yönelik yıllık 1000 ton kapasiteli modern bir polikristalin silikon üretimi organize etmenin maliyeti yaklaşık 56 milyon dolardır. Çeşitli ihtiyaçlara yönelik silikon sentezi dünya çapında talepte ilk sırada yer almaktadır ve bu konumunu uzun süre koruyacaktır.

Makalede inorganik polimerlerin yalnızca bazı temsilcilerini inceledik. Belki yukarıda anlatılanların çoğu bazıları tarafından şaşkınlıkla ve gerçekten ilgiyle karşılandı. Birisi felsefe taşı kavramına yeni bir bakış attı; altın olmasa bile, sıradan metal oksitlerden ve diğer dikkat çekmeyen maddelerden değerli taşlar elde etmek hala mümkün. Makalenin düşünceye yol açtığını ve en azından okuyucuyu ilginç gerçeklerle eğlendirdiğini umuyoruz.

Doğada organoelementler, organik ve inorganik polimerler bulunmaktadır. İnorganik malzemeler, ana zinciri inorganik olan ve yan dalları hidrokarbon radikalleri olmayan malzemeleri içerir. Periyodik kimyasal elementler sisteminin III-VI gruplarının elementleri, inorganik kökenli polimerlerin oluşumuna en yatkındır.

sınıflandırma

Organik ve inorganik polimerler aktif olarak araştırılmakta, yeni özellikleri belirlenmekte, dolayısıyla bu malzemelerin net bir sınıflandırması henüz geliştirilmemiştir. Ancak bazı polimer grupları ayırt edilebilir.

Yapıya bağlı olarak:

• doğrusal;
• düz;
• dallanmış;
• polimer ağlar;
• üç boyutlu ve diğerleri.

Polimeri oluşturan ana zincir atomlarına bağlı olarak:

• homozincir tipi (-M-)n - bir tür atomdan oluşur;
• heterozincir tipi (-M-L-)n - farklı tipte atomlardan oluşur.

Kökenine bağlı olarak:

• doğal;
• yapay.

Katı haldeki makromolekül olan maddeleri inorganik polimerler olarak sınıflandırmak için bunların uzaysal yapılarında ve karşılık gelen özelliklerinde belirli bir anizotropiye sahip olmak da gereklidir.

Ana Özellikler

Daha yaygın olanı, elektropozitif ve elektronegatif atomların bir alternatifinin bulunduğu, örneğin B ve N, P ve N, Si ve O'nun bulunduğu heterozincirli polimerlerdir. Heterozincirli inorganik polimerler (HP), polikondensasyon reaksiyonları kullanılarak elde edilebilir. Oksoanyonların polikondensasyonu asidik ortamda hızlandırılır ve hidratlanmış katyonların polikondensasyonu alkali ortamda hızlandırılır. Polikondensasyon çözelti içinde veya yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilebilir.

Heterozincirli inorganik polimerlerin birçoğu yalnızca yüksek sıcaklıkta sentez koşulları altında, örneğin doğrudan basit maddelerden elde edilebilir. Polimer gövdeler olan karbürlerin oluşumu, belirli oksitlerin karbonla etkileşime girmesiyle ve ayrıca yüksek sıcaklığın varlığında meydana gelir.

Uzun homozincir zincirleri (polimerizasyon derecesi n>100 olan) grup VI'nın karbon ve p-elementlerini oluşturur: kükürt, selenyum, tellür.

İnorganik polimerler: örnekler ve uygulamalar

NP'nin özgüllüğü, düzenli üç boyutlu yapıya sahip polimer makromoleküllerinin oluşumudur. Sert bir kimyasal bağ çerçevesinin varlığı, bu tür bileşiklere önemli bir sertlik sağlar.

Bu özellik inorganik polimerlerin kullanımına izin verir. Bu malzemelerin kullanımı endüstride geniş uygulama alanı bulmuştur.

NP'nin olağanüstü kimyasal ve termal direnci de değerli bir özelliktir. Örneğin, organik polimerlerden yapılan takviye elyafları, 150-220 °C sıcaklığa kadar havada stabildir. Bu arada bor lifi ve türevleri 650˚C sıcaklığa kadar stabil kalır. Bu nedenle inorganik polimerler kimyasallara ve ısıya dayanıklı yeni malzemeler yaratma konusunda umut vericidir.

Aynı zamanda organik olanlara benzer özelliklere sahip olan ve kendine özgü özelliklerini koruyan NP'ler de pratik öneme sahiptir. Bunlar arasında fosfatlar, polifosfazenler, silikatlar, çeşitli yan gruplara sahip polimerler yer alır.

Karbon polimerleri

Görev: "İnorganik polimerlere örnekler verin" genellikle kimya ders kitaplarında bulunur. En öne çıkan NP'lerden - karbon türevlerinden bahsederek yapılması tavsiye edilir. Sonuçta bu, benzersiz özelliklere sahip malzemeleri içerir: elmas, grafit ve karabina.

Carbyne, eşsiz güç göstergelerine sahip, yapay olarak oluşturulmuş, az çalışılmış doğrusal bir polimerdir, grafenden daha aşağı değildir ve bir dizi çalışmaya göre grafenden üstündür. Ancak carbyne gizemli bir maddedir. Sonuçta, tüm bilim adamları onun varlığını bağımsız bir malzeme olarak kabul etmiyor.

Dışarıdan metal kristalimsi siyah bir toza benziyor. Yarı iletken özelliklere sahiptir. Karbinin elektriksel iletkenliği ışığa maruz kaldığında önemli ölçüde artar. Benzer amaçlı diğer malzemelerden çok daha yüksek olan 5000 °C'ye kadar sıcaklıklarda bile bu özelliklerini kaybetmez. Malzeme 60'lı yıllarda V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin ve Yu.P. Kudryavtsev asetilenin katalitik oksidasyonu ile. En zor şey karbon atomları arasındaki bağların türünü belirlemekti. Daha sonra SSCB Bilimler Akademisi Organoelement Bileşikleri Enstitüsü'nde karbon atomları arasında yalnızca çift bağ içeren bir madde elde edildi. Yeni bileşiğe polikümülen adı verildi.

Grafit - bu sıralamada yalnızca düzlemde uzanır. Katmanları kimyasal bağlarla değil, moleküller arası zayıf etkileşimlerle birbirine bağlıdır, bu nedenle ısıyı ve akımı iletir ve ışığı iletmez. Grafit ve türevleri oldukça yaygın inorganik polimerlerdir. Kullanım örnekleri: kalemlerden nükleer endüstriye. Grafitin oksitlenmesiyle ara oksidasyon ürünleri elde edilebilir.

Elmas - özellikleri temelde farklıdır. Elmas uzaysal (üç boyutlu) bir polimerdir. Tüm karbon atomları güçlü kovalent bağlarla bir arada tutulur. Bu nedenle bu polimer son derece dayanıklıdır. Elmas akımı ve ısıyı iletmez ve şeffaf bir yapıya sahiptir.

Bor polimerleri

Hangi inorganik polimerleri bildiğiniz sorulursa, cevap vermekten çekinmeyin: bor polimerleri (-BR-). Bu, endüstride ve bilimde yaygın olarak kullanılan oldukça geniş bir NP sınıfıdır.

Bor karbür - formülü daha doğru bir şekilde şuna benzer (B12C3)n. Birim hücresi eşkenar dörtgendir. Çerçeve on iki kovalent bağlı bor atomundan oluşur. Ve ortasında kovalent olarak bağlı üç karbon atomundan oluşan doğrusal bir grup var. Sonuç çok dayanıklı bir yapıdır.

Borürler - kristalleri yukarıda açıklanan karbürlere benzer şekilde oluşturulur. Bunlardan en kararlı olanı yalnızca 3250 °C sıcaklıkta eriyen HfB2'dir. TaB2 en yüksek kimyasal dirence sahiptir; asitlerden veya bunların karışımlarından etkilenmez.

Bor nitrür - benzerliğinden dolayı genellikle beyaz talk olarak adlandırılır. Bu benzerlik aslında sadece yüzeyseldir. Yapısal olarak grafite benzer. Bor veya oksitinin amonyak atmosferinde ısıtılmasıyla elde edilir.

Borazon

Elbor, borazon, siborit, kingsongit, kübonit süper sert inorganik polimerlerdir. Uygulama örnekleri: aşındırıcı malzemelerin üretimi, metal işleme. Bunlar bor bazlı kimyasal olarak inert maddelerdir. Sertlik elmas dışındaki diğer malzemelerin sertliğine daha yakındır. Özellikle borazon elmas üzerinde çizikler bıraktığı gibi borazon kristalleri üzerinde de çizikler bırakır.

Bununla birlikte, bu NP'lerin doğal elmaslara göre çeşitli avantajları vardır: daha yüksek ısı direncine sahiptirler (2000 °C'ye kadar sıcaklıklara dayanırlar, oysa elmas 700-800 °C aralığındaki sıcaklıklarda yok edilirler) ve mekanik yüklere karşı yüksek direnç gösterirler (bunlar o kadar kırılgan değil). Borazon, 1957 yılında Robert Wentorf tarafından 1350 °C sıcaklıkta ve 62.000 atmosfer basınçta elde edildi. Benzer materyaller 1963'te Leningrad bilim adamları tarafından elde edildi.

İnorganik kükürt polimerleri

Homopolimer - kükürtün bu modifikasyonu doğrusal bir moleküle sahiptir. Madde kararlı değildir; sıcaklık dalgalandığında oktahedral döngülere ayrılır. Erimiş kükürtün ani soğuması durumunda oluşur.

Sülfür dioksitin polimer modifikasyonu. Asbeste çok benzer, lifli bir yapıya sahiptir.

Selenyum polimerleri

Gri selenyum paralel olarak iç içe geçmiş sarmal doğrusal makromoleküllere sahip bir polimerdir. Zincirlerde selenyum atomları kovalent olarak bağlanır ve makromoleküller moleküler bağlarla bağlanır. Erimiş veya çözünmüş selenyum bile tek tek atomlara parçalanmaz.

Kırmızı veya amorf selenyum da zincir yapısına sahip, ancak yapısı kötü düzenlenmiş bir polimerdir. 70-90 ˚С sıcaklık aralığında kauçuk benzeri özellikler kazanarak organik polimerleri anımsatan oldukça elastik bir duruma dönüşür.

Selenyum karbür veya kaya kristali. Termal ve kimyasal olarak kararlı, oldukça güçlü uzaysal kristal. Piezoelektrik ve yarı iletken. Yapay koşullar altında kömürün elektrikli bir fırında yaklaşık 2000 °C sıcaklıkta reaksiyona sokulmasıyla elde edildi.

Diğer selenyum polimerleri:

• Monoklinik selenyum amorf kırmızıya göre daha düzenlidir ancak griye göre daha düşüktür.
• Selenyum dioksit veya (SiO2)n, üç boyutlu bir ağ polimeridir.
• Asbest, lifli yapıya sahip bir selenyum oksit polimeridir.

Fosfor polimerleri

Fosforun birçok modifikasyonu vardır: beyaz, kırmızı, siyah, kahverengi, mor. Kırmızı - İnce kristal yapıya sahip NP. Beyaz fosforun hava erişimi olmadan 2500 ˚C sıcaklıkta ısıtılmasıyla elde edilir. Siyah fosfor P. Bridgman tarafından aşağıdaki koşullar altında elde edildi: 200 °C sıcaklıkta 200.000 atmosfer basınç.

Fosfornitrür klorürler, fosforun nitrojen ve klor ile bileşikleridir. Bu maddelerin özellikleri kütlenin artmasıyla değişir. Yani organik maddelerdeki çözünürlükleri azalır. Polimerin molekül ağırlığı birkaç bin birime ulaştığında kauçuğa benzer bir madde oluşur. Yeterince ısıya dayanıklı, karbon içermeyen tek kauçuktur. Sadece 350°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yok olur.

Çözüm

İnorganik polimerler çoğunlukla benzersiz özelliklere sahip maddelerdir. Üretimde, inşaatta, yenilikçi ve hatta devrim niteliğindeki malzemelerin geliştirilmesinde kullanılırlar. Bilinen NP'lerin özellikleri araştırılıp yenileri oluşturuldukça uygulama alanları genişlemektedir.

İnorganik polimerler

• İnorganik polimerler- tekrar eden birimde C-C bağları içermeyen ancak yan ikame ediciler olarak bir organik radikal içerebilen polimerler.

Polimerlerin sınıflandırılması

1. Homozincir polimerleri

Karbon ve kalkojenler (sülfürün plastik modifikasyonu).

Mineral lifli asbest

Asbestin özellikleri

• Asbest(Yunanca ἄσβεστος, - yok edilemez), silikat sınıfından bir grup ince lifli mineralin ortak adıdır. En iyi esnek liflerden oluşur.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - formül

• Asbestin iki ana türü serpantin asbest (krizotil asbest veya beyaz asbest) ve amfibol asbesttir.

Kimyasal bileşim

• Kimyasal bileşimleri açısından asbest, magnezyum, demir ve kısmen kalsiyum ve sodyumdan oluşan sulu silikatlardır. Aşağıdaki maddeler krizotil asbest sınıfına aittir:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

Emniyet

• Asbest pratik olarak inerttir ve vücut sıvılarında çözünmez, ancak gözle görülür bir kanserojen etkiye sahiptir. Asbest madenciliği ve işlemeyle uğraşan kişilerin tümör geliştirme olasılığı genel nüfusa göre birkaç kat daha fazladır. Çoğu zaman akciğer kanserine, periton tümörlerine, mide ve uterusa neden olur.

• Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı, karsinojenlerle ilgili kapsamlı bilimsel araştırmaların sonuçlarına dayanarak, asbesti birinci kategorideki en tehlikeli kanserojenlerden biri olarak sınıflandırmıştır.

Asbest uygulaması

• Yangına dayanıklı kumaşların üretimi (itfaiyeciler için dikiş kıyafetleri dahil).

• İnşaatta (boru ve arduvaz üretimi için asbestli çimento karışımlarının bir parçası olarak).

• Asitlerin etkisinin azaltılması gereken yerlerde.

Litosfer oluşumunda inorganik polimerlerin rolü

Litosfer

• Litosfer- Dünyanın sert kabuğu. Yer kabuğundan ve mantonun astenosfere kadar olan üst kısmından oluşur.

Okyanusların ve kıtaların altındaki litosfer önemli ölçüde değişiklik gösterir. Kıtaların altındaki litosfer, toplam kalınlığı 80 km'yi bulan tortul, granit ve bazalt katmanlarından oluşur. Okyanusların altındaki litosfer, okyanus kabuğunun oluşması sonucu birçok aşamadan kısmi erime geçirmiştir, eriyebilir nadir elementler açısından büyük ölçüde tükenmiştir, esas olarak dünit ve harzburjitlerden oluşur, kalınlığı 5-10 km'dir ve granit katman tamamen yoktur.

Kimyasal bileşim

Yer kabuğunun ve Ay'ın yüzey toprağının ana bileşenleri Si ve Al oksitler ve bunların türevleridir. Bu sonuç, bazalt kayaların yaygınlığı hakkındaki mevcut fikirlere dayanarak yapılabilir. Yerkabuğunun ana maddesi magmadır; erimiş minerallerle birlikte önemli miktarda gaz içeren sıvı bir kaya biçimidir. Magma yüzeye ulaştığında bazalt kayalara dönüşen lavları oluşturur. Lavın ana kimyasal bileşeni silika veya silikon dioksit SiO2'dir. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda silikon atomları, alüminyum gibi diğer atomlarla kolaylıkla yer değiştirerek çeşitli alüminosilikat türleri oluşturabilir. Genel olarak litosfer, yüksek sıcaklık ve basınç koşulları altında geçmişte meydana gelen fiziksel ve kimyasal işlemler sonucu oluşan diğer maddelerin de dahil olduğu bir silikat matrisidir. Hem silikat matrisinin kendisi hem de içindeki kalıntılar ağırlıklı olarak polimer formundaki maddeleri, yani heterozincirli inorganik polimerleri içerir.

Granit

• Granit - silisli magmatik müdahaleci kaya. Kuvars, plajiyoklaz, potasyum feldispat ve mika - biyotit ve muskovitten oluşur. Granitler kıtasal kabukta oldukça yaygındır.

En büyük granit hacimleri, iki kıtasal levhanın çarpıştığı ve kıtasal kabuğun kalınlaştığı çarpışma bölgelerinde oluşur. Bazı araştırmacılara göre orta kabuk seviyesinde (derinlik 10-20 km) kalınlaşan çarpışma kabuğunda tam bir granit eriyiği tabakası oluşuyor. Ek olarak, granitik magmatizma aktif kıta kenarlarının ve daha az ölçüde ada yaylarının karakteristiğidir.

• Granitin mineral bileşimi:

• feldispatlar - %60-65;

• kuvars - %25-30;

• koyu renkli mineraller (biyotit, nadiren hornblend) - %5-10.

Bazalt

• Mineral bileşimi. Ana kütle plajiyoklaz, klinopiroksen, manyetit veya titanomagnetit mikrolitlerinin yanı sıra volkanik camdan oluşur. En yaygın aksesuar minerali apatittir.

• Kimyasal bileşim. Silika içeriği (SiO2) %45 ila %52-53 arasında değişir; alkalin oksitler Na2O+K2O toplamı %5'e kadar, alkalin bazaltlarda ise %7'ye kadar değişir. Diğer oksitler şu şekilde dağıtılabilir: 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;

Kuvars (Silikon(IV) Oksit, Silika)

Formül: SiO2

• Formül: SiO2

• Renk: renksiz, beyaz, mor, gri, sarı, kahverengi

• Özellik rengi: beyaz

• Parlamak: camsı, bazen katı kütlelerde yağlı

• Yoğunluk: 2,6-2,65 gr/cm³

• Sertlik: 7

Kimyasal özellikler

Korindon (Al2O3, alümina)

Formül: Al2O3

• Formül: Al2O3

• Renk: mavi, kırmızı, sarı, kahverengi, gri

• Özellik rengi: beyaz

• Parlamak: bardak

• Yoğunluk: 3,9-4,1 g/cm³

• Sertlik: 9

Tellür

Tellür zincir yapısı

• Kristaller altıgendir, içlerindeki atomlar sarmal zincirler oluşturur ve en yakın komşularına kovalent bağlarla bağlanır. Bu nedenle elementel tellür inorganik bir polimer olarak düşünülebilir. Kristalin tellür metalik bir parlaklık ile karakterize edilir, ancak karmaşık kimyasal özellikleri nedeniyle metal olmayan olarak sınıflandırılabilir.

Tellür uygulamaları

• Yarı iletken malzemelerin üretimi

• Kauçuk üretimi

• Yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik

Selenyum

Selenyum zincir yapısı

Siyah Gri Kırmızı

Gri selenyum

Gri selenyum (bazen metalik olarak da adlandırılır) altıgen sistemde kristallere sahiptir. Temel kafesi hafif deforme olmuş bir küp olarak temsil edilebilir. Tüm atomları spiral zincirlere dizilmiş gibi görünüyor ve bir zincirdeki komşu atomlar arasındaki mesafeler, zincirler arasındaki mesafeden yaklaşık bir buçuk kat daha az. Bu nedenle temel küpler çarpıktır.

Gri selenyum uygulamaları

• Sıradan gri selenyum yarı iletken özelliklere sahiptir; p tipi bir yarı iletkendir, yani. içindeki iletkenlik esas olarak elektronlar tarafından değil, “delikler” tarafından yaratılır.

• Yarı iletken selenyumun pratik olarak çok önemli bir özelliği de ışığın etkisi altında elektrik iletkenliğini keskin bir şekilde artırma yeteneğidir. Selenyum fotosellerinin ve diğer birçok cihazın çalışması bu özelliğe dayanmaktadır.

Kırmızı selenyum

• Kırmızı selenyum daha az kararlı amorf bir modifikasyondur.

• Zincir yapısına sahip fakat yapısı kötü düzenlenmiş bir polimer. 70-90°C sıcaklık aralığında kauçuğa benzer özellikler kazanarak oldukça elastik bir duruma dönüşür.

• Belirli bir erime noktası yoktur.

• Kırmızı amorf selenyum artan sıcaklıkla (-55) gri altıgen selenyuma dönüşmeye başlar

Sülfür

Yapısal özellikler

• Sülfürün plastik modifikasyonu, sol ve sağ dönme eksenlerine sahip sarmal kükürt atomu zincirlerinden oluşur. Bu zincirler bükülerek tek yöne çekilir.

• Plastik kükürt kararsızdır ve kendiliğinden eşkenar dörtgen kükürte dönüşür.

Plastik kükürt elde edilmesi

Kükürt uygulaması

• Sülfürik asitin hazırlanması;

• Kağıt sektöründe;

• tarımda (başta üzüm ve pamuk olmak üzere bitki hastalıklarıyla mücadele etmek için);

• boyaların ve parlak bileşimlerin üretiminde;

• siyah (av) tozu elde etmek için;

• kibrit yapımında;

• bazı cilt hastalıklarının tedavisi için merhemler ve tozlar.

Karbonun allotropik modifikasyonları

Karşılaştırmalı özellikler

Karbonun allotropik modifikasyonlarının uygulanması

• Elmas - endüstride: bıçak, matkap, kesici yapımında kullanılır; takı yapımında. Gelecek, elmas yüzeyler üzerinde mikroelektroniğin geliştirilmesinde yatmaktadır.

• Grafit – eritme potalarının, elektrotların üretimi için; plastik dolgu maddesi; nükleer reaktörlerde nötron moderatörü; siyah grafit kalemler için kurşun üretimine yönelik bileşimin bileşeni (kaolin ile karıştırılmış)

Polimerler, farklı veya aynı yapılara (birimlere) sahip birçok tekrarlanan atom grubundan oluşan yüksek moleküllü bileşiklerdir. Bu bağlantılar, koordinasyon veya kimyasal bağlarla dallanmış veya uzun doğrusal zincirlere ve üç boyutlu uzamsal yapılara bağlanır.

Polimerler:

• sentetik,
• yapay,
• organik.

Organik polimerler doğada hayvan ve bitki organizmalarında oluşur. Bunlardan en önemlileri proteinler, polisakkaritler, nükleik asitler, kauçuk ve diğer doğal bileşiklerdir.

İnsan günlük yaşamında uzun süredir ve yaygın olarak kullanılan organik polimerlere sahiptir. Deri, yün, pamuk, ipek, kürk - bunların hepsi giyim üretiminde kullanılıyor. Kireç, çimento, kil, organik cam (pleksiglas) - inşaatta.

Organik polimerler insanlarda da mevcuttur. Örneğin, nükleik asitler (DNA olarak da bilinir) ve ayrıca ribonükleik asitler (RNA).

Organik polimerlerin özellikleri

Tüm organik polimerlerin özel mekanik özellikleri vardır:

• kristal ve camsı polimerlerin (organik cam, plastik) düşük kırılganlığı;
• esneklik, yani küçük yükler (kauçuk) altında yüksek geri dönüşümlü deformasyon;
• yönlendirilmiş bir mekanik alanın etkisi altında makromoleküllerin yönlendirilmesi (film ve elyaf üretimi);
• düşük konsantrasyonlarda çözeltilerin viskozitesi yüksektir (polimerler önce şişer ve sonra çözülür);
• az miktarda reaktifin etkisi altında fiziksel ve mekanik özelliklerini (örneğin deri tabaklama, kauçuğun vulkanizasyonu) hızla değiştirebilirler.

Tablo 1. Bazı polimerlerin yanma özellikleri.

Tablo 2. Polimer malzemelerin çözünürlüğü.

Tablo 3. Lieberman-Storch-Moravsky reaksiyonuna göre polimerlerin renklendirilmesi.

Konuyla ilgili makaleler

Çoğu malzeme arasında en popüler ve yaygın olarak bilineni polimer kompozit malzemelerdir (PCM'ler). İnsan faaliyetinin hemen hemen her alanında aktif olarak kullanılmaktadırlar. Oltalardan ve tekne gövdelerinden, yanıcı maddelerin depolanması ve taşınmasına yönelik silindirlerin yanı sıra helikopter rotor kanatlarına kadar tamamen farklı amaçlarla kullanılan çeşitli ürünlerin imalatında ana bileşen olan bu malzemelerdir. PCM'nin bu kadar geniş popülaritesi, polimer kimyasının geliştirilmesi ve polimer matrislerinin yapısını ve morfolojisini incelemek için kullanılan yöntemler sayesinde, belirli özelliklere sahip kompozitlerin üretimi ile ilişkili herhangi bir karmaşıklığın teknolojik problemlerini çözme yeteneği ile ilişkilidir. PCM'nin üretimi.