არაორგანული პოლიმერები: მაგალითები და აპლიკაციები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ბუნებაში არის ორგანული ელემენტები, ორგანული და არაორგანული პოლიმერები. არაორგანული მასალები მოიცავს მასალებს, რომელთა ძირითადი ჯაჭვი არაორგანულია, ხოლო გვერდითი ტოტები არ არის ნახშირწყალბადის რადიკალები. ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის III-VI ჯგუფების ელემენტები ყველაზე მეტად მიდრეკილია არაორგანული წარმოშობის პოლიმერების წარმოქმნისკენ.

კლასიფიკაცია

ორგანული და არაორგანული პოლიმერების აქტიურად შესწავლა, მათი ახალი მახასიათებლების დადგენა, ამიტომ ამ მასალების მკაფიო კლასიფიკაცია ჯერ არ არის შემუშავებული. თუმცა, პოლიმერების გარკვეული ჯგუფები შეიძლება გამოიყოს.

სტრუქტურის მიხედვით:

• წრფივი;
• ბინა;
• დაშლილი;
• პოლიმერული ბადეები;
• სამგანზომილებიანი და სხვა.

დამოკიდებულია ხერხემლის ატომებზე, რომლებიც ქმნიან პოლიმერს:

• ჰომოჯაჭვის ტიპი (-M-)n – შედგება ერთი სახის ატომებისგან;
• ჰეტეროჯაჭვის ტიპი(-M-L-)n - შედგება სხვადასხვა ტიპის ატომებისგან.

წარმოშობის მიხედვით:

• ბუნებრივი;
• ხელოვნური.

ნივთიერებები, რომლებიც მაკრომოლეკულები არიან მყარ მდგომარეობაში არაორგანულ პოლიმერებად კლასიფიცირებისთვის, მათ ასევე უნდა ჰქონდეთ სივრცითი სტრუქტურის გარკვეული ანიზოტროპია და შესაბამისი თვისებები.

ძირითადი მახასიათებლები

უფრო გავრცელებულია ჰეტეროჯაჭვის პოლიმერები, რომლებშიც ხდება ელექტროპოზიტიური და ელექტროუარყოფითი ატომების მონაცვლეობა, მაგალითად, B და N, P და N, Si და O. მიიღეთ ჰეტეროჯაჭვის არაორგანული პოლიმერები (NP) შეიძლება პოლიკონდენსაციის რეაქციების გამოყენებით. ოქსოანიონების პოლიკონდენსაცია აჩქარებულია მჟავე გარემოში, ხოლო ჰიდრატირებული კათიონების პოლიკონდენსაცია ტუტე გარემოში. პოლიკონდენსაცია შეიძლება განხორციელდეს როგორც ხსნარში, ასევე მყარ ნაწილებში მაღალი ტემპერატურის პირობებში.

ბევრი ჰეტეროჯაჭვის არაორგანული პოლიმერის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ მაღალტემპერატურული სინთეზის პირობებში, მაგალითად, უშუალოდ მარტივი ნივთიერებებისგან. კარბიდების წარმოქმნა, რომლებიც პოლიმერული სხეულებია, ხდება გარკვეული ოქსიდების ნახშირბადთან ურთიერთქმედებისას, ასევე მაღალი ტემპერატურის არსებობისას.

გრძელი ჰომოჯაჭვის ჯაჭვები (პოლიმერიზაციის ხარისხით n>100) ქმნიან ნახშირბადს და VI ჯგუფის p-ელემენტებს: გოგირდი, სელენი, ტელურუმი.

არაორგანული პოლიმერები: მაგალითები და გამოყენება

NP-ის სპეციფიკა მდგომარეობს განათლებაშიპოლიმერული კრისტალური სხეულები მაკრომოლეკულების რეგულარული სამგანზომილებიანი სტრუქტურით. ქიმიური ბმების ხისტი ჩარჩოს არსებობა ასეთ ნაერთებს მნიშვნელოვან სიმტკიცეს აძლევს.

ეს თვისება შესაძლებელს ხდის არაორგანული პოლიმერების გამოყენებას აბრაზიულ მასალად. ამ მასალების გამოყენებამ ჰპოვა ყველაზე ფართო გამოყენება ინდუსტრიაში.

NP-ის განსაკუთრებული ქიმიური და თერმული წინააღმდეგობა ასევე ღირებული თვისებაა. მაგალითად, ორგანული პოლიმერებისგან დამზადებული გამაძლიერებელი ბოჭკოები სტაბილურია ჰაერში 150-220 ˚C ტემპერატურამდე. იმავდროულად, ბორის ბოჭკოვანი და მისი წარმოებულები სტაბილურად რჩება 650 ˚С ტემპერატურამდე. ამიტომ არაორგანული პოლიმერები პერსპექტიულია ახალი ქიმიურად და თბოგამძლე მასალების შესაქმნელად.

პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ასევე NP-ს, რომელიც ორივე თვისებით ახლოს არის ორგანულთან და ინარჩუნებს თავის სპეციფიკურ თვისებებს. მათ შორისაა ფოსფატები, პოლიფოსფაზენები, სილიკატები, პოლიმერული გოგირდის ოქსიდები სხვადასხვა გვერდითი ჯგუფებით.

ნახშირბადის პოლიმერები

დავალება: „მოიყვანეთ არაორგანული პოლიმერების მაგალითები“, რომლებიც ხშირად გვხვდება ქიმიის სახელმძღვანელოებში. მიზანშეწონილია მისი განხორციელება ყველაზე გამორჩეული NP - ნახშირბადის წარმოებულების ხსენებით. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს მოიცავს მასალებს უნიკალური მახასიათებლებით: ბრილიანტი, გრაფიტი და კარაბინი.

კარბინი არის ხელოვნურად შექმნილი, ნაკლებად შესწავლილი წრფივი პოლიმერი, შეუდარებელი სიძლიერის მაჩვენებლებით, რომლებიც არ ჩამოუვარდებათ, მაგრამ მთელი რიგი კვლევების მიხედვით დააღემატება გრაფენს. თუმცა კარაბინი იდუმალი ნივთიერებაა. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველა მეცნიერი არ აღიარებს მის არსებობას, როგორც დამოუკიდებელ მასალას.

გარეგნულად ჰგავს მეტალის კრისტალურ შავ ფხვნილს. მას აქვს ნახევარგამტარული თვისებები. კარბინის ელექტრული გამტარობა მნიშვნელოვნად იზრდება სინათლის მოქმედებით. ის არ კარგავს ამ თვისებებს 5000 ˚С-მდე ტემპერატურაზეც კი, რაც გაცილებით მაღალია, ვიდრე ამ დანიშნულების სხვა მასალებისთვის. მასალა 60-იან წლებში მიიღო ვ.ვ. კორშაკი, ა.მ. სლადკოვი, ვ.ი. კასატოჩკინი და იუ.პ. კუდრიავცევი აცეტილენის კატალიზური დაჟანგვით. ყველაზე რთული იყო ნახშირბადის ატომებს შორის კავშირის ტიპის განსაზღვრა. შემდგომში ნახშირბადის ატომებს შორის მხოლოდ ორმაგი ბმების მქონე ნივთიერება მიიღეს სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის ორგანული ელემენტების ნაერთების ინსტიტუტში. ახალ ნაერთს ეწოდა პოლიკუმულენი.

გრაფიტი - ამ მასალაში პოლიმერული შეკვეთა ვრცელდება მხოლოდ სიბრტყეში. მისი ფენები დაკავშირებულია არა ქიმიური ბმებით, არამედ სუსტი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედებით, ამიტომ ის ატარებს სითბოს და დენს და არ გადასცემს სინათლეს. გრაფიტი და მისი წარმოებულები საკმაოდ გავრცელებული არაორგანული პოლიმერებია. მათი გამოყენების მაგალითები: ფანქრებიდან ბირთვულ ინდუსტრიამდე. გრაფიტის დაჟანგვით შესაძლებელია შუალედური დაჟანგვის პროდუქტების მიღება.

ბრილიანტი - მისი თვისებები ფუნდამენტურად განსხვავებულია. ბრილიანტი არის სივრცითი (სამგანზომილებიანი) პოლიმერი. ნახშირბადის ყველა ატომს ერთმანეთთან აკავშირებს ძლიერი კოვალენტური ბმები. რადგან ეს პოლიმერი ძალიან გამძლეა. ბრილიანტი არ ატარებს დენს და სითბოს, აქვს გამჭვირვალე სტრუქტურა.

ბორის პოლიმერები

თუ გკითხავთ, რა არაორგანული პოლიმერები იცით, თავისუფლად უპასუხეთ - ბორის პოლიმერები (-BR-). ეს არის NP-ების საკმაოდ ვრცელი კლასი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიასა და მეცნიერებაში.

ბორის კარბიდი - მისი ფორმულა უფრო სწორად გამოიყურება ასე (B12C3) n. მისი ერთეული უჯრედია რომბოედრული. ჩარჩო იქმნება ბორის თორმეტი კოვალენტურად შეკრული ატომით. და მის შუაში არის სამი კოვალენტურად შეკრული ნახშირბადის ატომის წრფივი ჯგუფი. შედეგი არის ძალიან ძლიერი სტრუქტურა.

ბორიდები - მათი კრისტალები წარმოიქმნება ზემოთ აღწერილი კარბიდის მსგავსად. მათგან ყველაზე სტაბილურია HfB2, რომელიც დნება მხოლოდ 3250°C ტემპერატურაზე. TaB2 გამოირჩევა ქიმიური გამძლეობით - არც მჟავები და არც მათი ნარევები არ მოქმედებს მასზე.

ბორის ნიტრიდი - ხშირად მოიხსენიება როგორც თეთრი ტალკი მისი მსგავსების გამო. ეს მსგავსება მართლაც მხოლოდ ზედაპირულია. სტრუქტურულად ის გრაფიტის მსგავსია. მიიღეთ იგი ბორის ან მისი ოქსიდის გაცხელებით ამიაკის ატმოსფეროში.

ბორაზონი

ელბორი, ბორაზონი, ციბორიტი, კინგსონგიტი, კუბონიტი არის ზემყარი არაორგანული პოლიმერები. მათი გამოყენების მაგალითები: სახეხი ბორბლების წარმოება, აბრაზიული მასალები, ლითონის დამუშავება. ეს არის ქიმიურად ინერტული ნივთიერებები ბორის საფუძველზე. სიხისტე სხვა მასალებთან შედარებით უფრო ახლოსაა ბრილიანტთან. კერძოდ, ბორაზონი ტოვებს ნაკაწრებს ალმასზე, ეს უკანასკნელი ნაკაწრებს ტოვებს ბორაზონის კრისტალებს.

თუმცა, ამ ND-ს რამდენიმე უპირატესობა აქვს ბუნებრივ ბრილიანტებთან შედარებით: მათ აქვთ უფრო დიდისითბოს წინააღმდეგობა (გაუძლოს ტემპერატურას 2000 ° C-მდე, ალმასი განადგურებულია 700-800 ° C დიაპაზონში) და მაღალი წინააღმდეგობა მექანიკური სტრესის მიმართ (ისინი არც თუ ისე მყიფეა). ბორაზონი 1350 °C ტემპერატურაზე და 62000 ატმოსფერო წნევაზე მიიღო რობერტ ვენტორფმა 1957 წელს. მსგავსი მასალები მიიღეს ლენინგრადის მეცნიერებმა 1963 წელს.

არაორგანული გოგირდის პოლიმერები

ჰომოპოლიმერი - გოგირდის ამ მოდიფიკაციას აქვს წრფივი მოლეკულა. ნივთიერება არ არის სტაბილური, ტემპერატურული რყევებით ის იშლება ოქტაედრულ ციკლებად. იგი წარმოიქმნება გოგირდის დნობის მკვეთრი გაგრილების შემთხვევაში.

გოგირდის დიოქსიდის პოლიმერული მოდიფიკაცია. ძალიან ჰგავს აზბესტს, აქვს ბოჭკოვანი სტრუქტურა.

სელენის პოლიმერები

ნაცრისფერი სელენი არის პოლიმერი ხვეული ხაზოვანი მაკრომოლეკულებით, რომლებიც ბუდობენ პარალელურად. ჯაჭვებში სელენის ატომები კოვალენტურად არის დაკავშირებული, ხოლო მაკრომოლეკულები დაკავშირებულია მოლეკულური ბმებით. გამდნარი ან გახსნილი სელენიც კი არ იშლება ცალკეულ ატომებად.

წითელი ან ამორფული სელენი ასევე არის ჯაჭვის პოლიმერი, მაგრამ ოდნავ მოწესრიგებული სტრუქტურისა. 70-90 ˚С ტემპერატურულ დიაპაზონში იძენს რეზინის მსგავს თვისებებს, გადადის მაღალ ელასტიურ მდგომარეობაში, რომელიც წააგავს ორგანულ პოლიმერებს..

სელენი კარბიდი, ან კლდის კრისტალი. თერმულად და ქიმიურად სტაბილური, საკმარისად ძლიერი სივრცითი კრისტალი. პიეზოელექტრული და ნახევარგამტარი. ხელოვნურ პირობებში იგი მიიღეს კვარცის ქვიშისა და ნახშირის რეაქციის შედეგად ელექტრო ღუმელში დაახლოებით 2000 ° C ტემპერატურაზე.

სხვა სელენის პოლიმერები:

• მონოკლინიკასელენი - უფრო მოწესრიგებული, ვიდრე ამორფული წითელი, მაგრამ ჩამოუვარდება ნაცრისფერს.
• სელენიუმის დიოქსიდი, ან (SiO2)n, არის სამგანზომილებიანი ქსელის პოლიმერი.
• აზბესტი არის სელენის ოქსიდის პოლიმერი ბოჭკოვანი სტრუქტურით.

ფოსფორის პოლიმერები

ფოსფორის მრავალი მოდიფიკაცია არსებობს: თეთრი, წითელი, შავი, ყავისფერი, მეწამული. წითელი - NP წვრილკრისტალური სტრუქტურა. მიიღება თეთრი ფოსფორის ჰაერის გარეშე გაცხელებით 2500 ˚С ტემპერატურაზე. შავი ფოსფორი მიიღო პ. ბრიჯმენმა შემდეგ პირობებში: წნევა 200000 ატმოსფერო 200 °C ტემპერატურაზე.

ფოსფორნიტრიდის ქლორიდები არის ფოსფორის ნაერთები აზოტთან და ქლორთან. ამ ნივთიერებების თვისებები იცვლება მასის მატებასთან ერთად. კერძოდ, მცირდება მათი ხსნადობა ორგანულ ნივთიერებებში. როდესაც პოლიმერის მოლეკულური წონა რამდენიმე ათას ერთეულს აღწევს, წარმოიქმნება რეზინის ნივთიერება. ეს არის ერთადერთი საკმარისად სითბოს მდგრადი ნახშირბადისგან თავისუფალი რეზინა. ის იშლება მხოლოდ 350 °C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე.

დასკვნა

არაორგანული პოლიმერები ძირითადად უნიკალური მახასიათებლების მქონე ნივთიერებებია. ისინი გამოიყენება წარმოებაში, მშენებლობაში, ინოვაციური და თუნდაც რევოლუციური მასალების შესაქმნელად. ცნობილი NP-ების თვისებების შესწავლისა და ახლის შექმნისას მათი გამოყენების სფერო ფართოვდება.