Anorganische polymeren: voorbeelden en toepassingen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

In de natuur zijn er organo-element, organische en anorganische polymeren. Anorganische materialen omvatten materialen waarvan de hoofdketen anorganisch is, en de zijtakken zijn geen koolwaterstofradicalen. Elementen van III-VI-groepen van het periodiek systeem van chemische elementen zijn het meest vatbaar voor de vorming van polymeren van anorganische oorsprong.

Classificatie

Organische en anorganische polymeren worden actief bestudeerd, hun nieuwe eigenschappen worden bepaald, dus een duidelijke classificatie van deze materialen is nog niet ontwikkeld. Wel zijn er bepaalde groepen polymeren te onderscheiden.

Afhankelijk van structuur:

• lineair;
• plat;
• vertakt;
• polymeer netten;
• driedimensionaal en anderen.

Afhankelijk van de ruggengraatatomen waaruit het polymeer bestaat:

• homochain type (-M-)n – bestaat uit één soort atomen;
• heteroketentype(-M-L-)n - bestaat uit verschillende soorten atomen.

Afhankelijk van herkomst:

• natuurlijk;
• kunstmatig.

Om stoffen die macromoleculen in vaste toestand zijn te classificeren als anorganische polymeren, moeten ze ook een bepaalde anisotropie van de ruimtelijke structuur en bijbehorende eigenschappen hebben.

Belangrijkste kenmerken

Meer gebruikelijk zijn heteroketenpolymeren, waarin afwisseling van elektropositieve en elektronegatieve atomen optreedt, bijvoorbeeld B en N, P en N, Si en O. Get heterochain anorganische polymeren (NP) kunnen polycondensatiereacties gebruiken. De polycondensatie van oxoanionen wordt versneld in een zuur milieu, terwijl de polycondensatie van gehydrateerde kationen wordt versneld in een alkalisch milieu. Polycondensatie kan zowel in oplossing als in vaste stoffen worden uitgevoerd in aanwezigheid van hoge temperaturen.

Veel heterochain anorganische polymeren kunnen alleen worden verkregen onder omstandigheden van synthese bij hoge temperatuur, bijvoorbeeld rechtstreeks uit eenvoudige stoffen. De vorming van carbiden, die polymere lichamen zijn, vindt plaats wanneer bepaalde oxiden een interactie aangaan met koolstof, evenals in aanwezigheid van hoge temperaturen.

Lange homoketenketens (met polymerisatiegraad n>100) vormen koolstof en groep VI p-elementen: zwavel, selenium, tellurium.

Anorganische polymeren: voorbeelden en toepassingen

Het specifieke van NP ligt in het onderwijspolymere kristallijne lichamen met een regelmatige driedimensionale structuur van macromoleculen. De aanwezigheid van een rigide raamwerk van chemische bindingen geeft dergelijke verbindingen een aanzienlijke hardheid.

Deze eigenschap maakt het mogelijk om anorganische polymeren als schurende materialen te gebruiken. Het gebruik van deze materialen heeft de breedste toepassing gevonden in de industrie.

De uitzonderlijke chemische en thermische weerstand van NP is ook een waardevolle eigenschap. Zo zijn versterkende vezels gemaakt van organische polymeren stabiel in lucht tot een temperatuur van 150-220 ˚C. Ondertussen blijven boorvezel en zijn derivaten stabiel tot een temperatuur van 650 ˚С. Daarom zijn anorganische polymeren veelbelovend voor het maken van nieuwe chemisch en hittebestendige materialen.

Praktische waarde is ook van NP, die beide qua eigenschappen dicht bij organisch liggen en hun specifieke eigenschappen behouden. Deze omvatten fosfaten, polyfosfazenen, silicaten, polymere zwaveloxiden met verschillende zijgroepen.

Koolstofpolymeren

Opdracht: "Geef voorbeelden van anorganische polymeren", vaak te vinden in scheikundeboeken. Het is raadzaam om het uit te voeren met de vermelding van de meest opvallende NP - koolstofderivaten. Hieronder vallen immers materialen met unieke eigenschappen: diamanten, grafiet en karabijn.

Carbine is een kunstmatig gecreëerd, weinig bestudeerd lineair polymeer met onovertroffen sterkte-indicatoren die niet inferieur zijn, maar volgens een aantal onderzoeken ensuperieur aan grafeen. Karabijn is echter een mysterieuze substantie. Niet alle wetenschappers erkennen het bestaan ervan als een onafhankelijk materiaal.

Ziet eruit als een metaal-kristallijn zwart poeder. Het heeft halfgeleidereigenschappen. De elektrische geleidbaarheid van carbyne neemt aanzienlijk toe onder invloed van licht. Het verliest deze eigenschappen niet, zelfs niet bij temperaturen tot 5000 ˚С, wat veel hoger is dan voor andere materialen met dit doel. Het materiaal is in de jaren 60 ontvangen door V. V. Korshak, AM Sladkov, VI. Kasatochkin en Yu. P. Kudryavtsev door katalytische oxidatie van acetyleen. Het moeilijkste was om het type bindingen tussen koolstofatomen te bepalen. Vervolgens werd een stof verkregen met alleen dubbele bindingen tussen koolstofatomen aan het Institute of Organoelement Compounds van de USSR Academy of Sciences. De nieuwe verbinding kreeg de naam polycumuleen.

Grafiet - in dit materiaal strekt de polymeerbestelling zich alleen uit in het vlak. De lagen zijn niet verbonden door chemische bindingen, maar door zwakke intermoleculaire interacties, dus het geleidt warmte en stroom en laat geen licht door. Grafiet en zijn derivaten zijn vrij veel voorkomende anorganische polymeren. Voorbeelden van gebruik: van potloden tot de nucleaire industrie. Door grafiet te oxideren, kunnen tussenliggende oxidatieproducten worden verkregen.

Diamond - zijn eigenschappen zijn fundamenteel anders. Diamant is een ruimtelijk (driedimensionaal) polymeer. Alle koolstofatomen worden bij elkaar gehouden door sterke covalente bindingen. Omdat dit polymeer extreem duurzaam is. Diamant geleidt geen stroom en warmte, heeft een transparante structuur.

Boorpolymeren

Als je wordt gevraagd welke anorganische polymeren je kent, voel je vrij om te antwoorden - boorpolymeren (-BR-). Dit is een vrij uitgebreide klasse van NP's, die veel wordt gebruikt in de industrie en de wetenschap.

Boorcarbide - de formule ziet er zo correcter uit (B12C3) n. De eenheidscel is rhomboëdrisch. Het raamwerk wordt gevormd door twaalf covalent gebonden booratomen. En in het midden ervan is een lineaire groep van drie covalent gebonden koolstofatomen. Het resultaat is een zeer sterke structuur.

Boriden - hun kristallen worden op dezelfde manier gevormd als het hierboven beschreven carbide. De meest stabiele hiervan is HfB2, dat pas bij 3250 °C smelt. TaB2 staat bekend om de hoogste chemische resistentie - noch zuren, noch hun mengsels werken hierop in.

Boornitride - vaak witte talk genoemd vanwege zijn gelijkenis. Deze gelijkenis is eigenlijk slechts oppervlakkig. Structureel is het vergelijkbaar met grafiet. Verkrijg het door boor of zijn oxide te verhitten in een ammoniakatmosfeer.

Borazon

Elbor, borazon, cyborite, kingsongite, cuboniet zijn superharde anorganische polymeren. Voorbeelden van hun toepassing: de vervaardiging van slijpstenen, schurende materialen, metaalverwerking. Dit zijn chemisch inerte stoffen op basis van boor. Hardheid is dichter dan bij andere materialen bij diamanten. Borazon laat met name krassen achter op diamant, de laatste laat ook krassen achter op borazonkristallen.

Deze ND heeft echter verschillende voordelen ten opzichte van natuurlijke diamanten: ze hebben een groterehittebestendigheid (bestand tegen temperaturen tot 2000 ° C, diamant wordt vernietigd met snelheden in het bereik van 700-800 ° C) en hoge weerstand tegen mechanische belasting (ze zijn niet zo kwetsbaar). Borazon werd in 1957 door Robert Wentorf verkregen bij een temperatuur van 1350 °C en een druk van 62.000 atmosfeer. Vergelijkbare materialen werden in 1963 door Leningrad-wetenschappers verkregen.

Anorganische zwavelpolymeren

Homopolymeer - deze modificatie van zwavel heeft een lineair molecuul. De stof is niet stabiel, bij temperatuurschommelingen v alt het uiteen in octaëdrische cycli. Het wordt gevormd bij een scherpe afkoeling van de zwavelsmelt.

Polymeermodificatie van zwaveldioxide. Zeer vergelijkbaar met asbest, heeft een vezelachtige structuur.

Seleniumpolymeren

Grijs selenium is een polymeer met spiraalvormige lineaire macromoleculen die parallel zijn genest. In ketens zijn seleniumatomen covalent gebonden, terwijl macromoleculen zijn verbonden door moleculaire bindingen. Zelfs gesmolten of opgelost selenium v alt niet uiteen in individuele atomen.

Rood of amorf selenium is ook een polymeer van een keten, maar met een enigszins geordende structuur. In het temperatuurbereik van 70-90 ˚С verkrijgt het rubberachtige eigenschappen en verandert het in een zeer elastische toestand, die lijkt op organische polymeren.

Seleniumcarbide of bergkristal. Thermisch en chemisch stabiel, voldoende sterk ruimtelijk kristal. Piëzo-elektrisch en halfgeleider. Onder kunstmatige omstandigheden werd het verkregen door kwartszand en steenkool te laten reageren in een elektrische oven bij een temperatuur van ongeveer 2000 ° C.

Andere seleniumpolymeren:

• Monokliniekselenium - meer geordend dan amorf rood, maar inferieur aan grijs.
• Seleniumdioxide, of (SiO2)n, is een driedimensionaal netwerkpolymeer.
• Asbest is een polymeer van seleniumoxide met een vezelachtige structuur.

Fosforpolymeren

Er zijn veel modificaties van fosfor: wit, rood, zwart, bruin, paars. Rood - NP fijnkristallijne structuur. Het wordt verkregen door witte fosfor zonder lucht te verwarmen bij een temperatuur van 2500 ˚С. Zwarte fosfor werd verkregen door P. Bridgman onder de volgende omstandigheden: druk 200.000 atmosfeer bij een temperatuur van 200 °C.

Fosfornitridechloriden zijn verbindingen van fosfor met stikstof en chloor. De eigenschappen van deze stoffen veranderen met toenemende massa. Hun oplosbaarheid in organische stoffen neemt namelijk af. Wanneer het molecuulgewicht van het polymeer enkele duizenden eenheden bereikt, wordt een rubberachtige substantie gevormd. Het is het enige voldoende hittebestendige koolstofvrije rubber. Het breekt alleen af bij temperaturen boven 350 °C.

Conclusie

Anorganische polymeren zijn meestal stoffen met unieke eigenschappen. Ze worden gebruikt in de productie, in de bouw, voor de ontwikkeling van innovatieve en zelfs revolutionaire materialen. Naarmate de eigenschappen van bekende NP's worden bestudeerd en nieuwe worden gemaakt, wordt de reikwijdte van hun toepassing uitgebreid.