Polímers inorgànics: exemples i aplicacions

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

A la natura hi ha polímers organoelements, orgànics i inorgànics. Els materials inorgànics inclouen materials la cadena principal dels quals és inorgànica i les branques laterals no són radicals hidrocarburs. Els elements dels grups III-VI del sistema periòdic d'elements químics són els més propensos a la formació de polímers d'origen inorgànic.

Classificació

S'estan estudiant activament els polímers orgànics i inorgànics, s'estan determinant les seves noves característiques, per la qual cosa encara no s'ha desenvolupat una classificació clara d'aquests materials. Tanmateix, es poden distingir certs grups de polímers.

Depenent de l'estructura:

• lineal;
• pla;
• ramificat;
• xarxes de polímer;
• tridimensional i altres.

Depenent dels àtoms de la columna vertebral que formen el polímer:

• tipus d'homocadena (-M-)n: consta d'un tipus d'àtoms;
• Tipus heterocadena(-M-L-)n: consta de diferents tipus d'àtoms.

Depenent de l'origen:

• natural;
• artificial.

Per classificar com a polímers inorgànics les substàncies que són macromolècules en estat sòlid, també han de tenir una certa anisotropia de l'estructura espacial i les propietats corresponents.

Funcions clau

Més habituals són els polímers d'heterocadenes, en els quals es produeix l' alternança d'àtoms electropositius i electronegatius, per exemple, B i N, P i N, Si i O. Obtenir polímers inorgànics heterocadenes (NP) poden utilitzar reaccions de policondensació. La policondensació dels oxoanions s'accelera en un medi àcid, mentre que la policondensació dels cations hidratats s'accelera en un medi alcalí. La policondensació es pot dur a terme tant en solució com en sòlids en presència d' alta temperatura.

Molts polímers inorgànics heterocadenes només es poden obtenir en condicions de síntesi a alta temperatura, per exemple, directament a partir de substàncies simples. La formació de carburs, que són cossos polimèrics, es produeix quan determinats òxids interaccionen amb el carboni, així com en presència d' alta temperatura.

Les cadenes llargues d'homocadena (amb grau de polimerització n>100) formen els elements p de carboni i del grup VI: sofre, seleni, tel·luri.

Polímers inorgànics: exemples i aplicacions

L'especificitat de la NP rau en l'educaciócossos cristal·lins polimèrics amb una estructura tridimensional regular de macromolècules. La presència d'un marc rígid d'enllaços químics proporciona a aquests compostos una duresa important.

Aquesta propietat permet utilitzar polímers inorgànics com a materials abrasius. L'ús d'aquests materials ha trobat l'aplicació més àmplia a la indústria.

L'excepcional resistència química i tèrmica de NP també és una propietat valuosa. Per exemple, les fibres de reforç fetes amb polímers orgànics són estables a l'aire fins a una temperatura de 150-220 ˚C. Mentrestant, la fibra de bor i els seus derivats es mantenen estables fins a una temperatura de 650 ˚С. És per això que els polímers inorgànics són prometedors per crear nous materials resistents a la calor i als químics.

El valor pràctic també és de NP, que tenen propietats properes a les orgàniques i conserven les seves propietats específiques. Aquests inclouen fosfats, polifosfazens, silicats, òxids polimèrics de sofre amb diversos grups laterals.

Polímers de carboni

Tasca: "Dóna exemples de polímers inorgànics", que es troben sovint als llibres de text de química. S'aconsella dur-lo a terme amb la menció dels derivats NP - carboni més destacats. Després de tot, això inclou materials amb característiques úniques: diamants, grafit i carabina.

Carbine és un polímer lineal poc estudiat i creat artificialment amb indicadors de resistència insuperables que no són inferiors, però segons diversos estudis isuperior al grafè. Tanmateix, la carabina és una substància misteriosa. Després de tot, no tots els científics reconeixen la seva existència com a material independent.

A l'exterior sembla una pols negra de metall cristal·lí. Té propietats semiconductores. La conductivitat elèctrica de la carbina augmenta significativament sota l'acció de la llum. No perd aquestes propietats fins i tot a temperatures de fins a 5000 ˚С, que és molt superior a la d' altres materials amb aquesta finalitat. El material va ser rebut als anys 60 per V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin i Yu. P. Kudryavtsev per oxidació catalítica de l'acetilè. El més difícil va ser determinar el tipus d'enllaços entre àtoms de carboni. Posteriorment, es va obtenir una substància amb només dobles enllaços entre àtoms de carboni a l'Institut de compostos organoelements de l'Acadèmia de Ciències de l'URSS. El nou compost es va anomenar polycumulene.

Grafit: en aquest material, l'ordenació de polímers s'estén només en el pla. Les seves capes no estan connectades per enllaços químics, sinó per interaccions intermoleculars febles, de manera que condueix la calor i el corrent i no transmet llum. El grafit i els seus derivats són polímers inorgànics força comuns. Exemples del seu ús: dels llapis a la indústria nuclear. Mitjançant l'oxidació del grafit, es poden obtenir productes d'oxidació intermedis.

Diamant: les seves propietats són fonamentalment diferents. El diamant és un polímer espacial (tridimensional). Tots els àtoms de carboni es mantenen units per enllaços covalents forts. Perquè aquest polímer és extremadament durador. El diamant no condueix el corrent ni la calor, té una estructura transparent.

Polímers de bor

Si us pregunten quins polímers inorgànics coneixeu, no dubteu a respondre: polímers de bor (-BR-). Aquesta és una classe de NP bastant extensa, molt utilitzada a la indústria i la ciència.

Carbur de bor - la seva fórmula sembla més correcta com aquesta (B12C3) n. La seva cèl·lula unitat és romboèdrica. El marc està format per dotze àtoms de bor enllaçats covalentment. I al mig hi ha un grup lineal de tres àtoms de carboni enllaçats covalentment. El resultat és una estructura molt forta.

Borurs: els seus cristalls es formen de manera similar al carbur descrit anteriorment. El més estable d'aquests és HfB2, que es fon només a 3250 °C. TaB2 destaca per la seva resistència química més alta: ni els àcids ni les seves mescles hi actuen.

Nitrur de bor - sovint anomenat talc blanc per la seva semblança. Aquesta semblança és realment només superficial. Estructuralment, és semblant al grafit. Obteniu-lo escalfant bor o el seu òxid en una atmosfera d'amoníac.

Borazon

Elbor, borazona, cyborite, kingsongite, cubonite són polímers inorgànics súper durs. Exemples de la seva aplicació: la fabricació de moles, materials abrasius, processament de metalls. Són substàncies químicament inerts a base de bor. La duresa és més propera que altres materials als diamants. En particular, el borazon deixa rascades al diamant, aquest últim també deixa rascades als cristalls de borazon.

No obstant això, aquests ND tenen diversos avantatges respecte als diamants naturals: tenen una majorresistència a la calor (resistent a temperatures de fins a 2000 ° C, el diamant es destrueix a velocitats del rang de 700-800 ° C) i alta resistència a l'estrès mecànic (no són tan fràgils). El Borazon es va obtenir a una temperatura de 1350 °C i una pressió de 62.000 atmosferes per Robert Wentorf el 1957. Els científics de Leningrad van obtenir materials similars el 1963.

Polímers inorgànics de sofre

Homopolímer: aquesta modificació del sofre té una molècula lineal. La substància no és estable, amb les fluctuacions de temperatura es divideix en cicles octaèdrics. Es forma en el cas d'un refredament brusc de la fosa de sofre.

Modificació de polímers de diòxid de sofre. Molt semblant a l'amiant, té una estructura fibrosa.

Polímers de seleni

El seleni gris és un polímer amb macromolècules lineals helicoïdals imbricades en paral·lel. En cadenes, els àtoms de seleni estan enllaçats covalentment, mentre que les macromolècules estan enllaçades per enllaços moleculars. Fins i tot el seleni fos o dissolt no es descompon en àtoms individuals.

El seleni vermell o amorf també és un polímer de cadena, però d'estructura lleugerament ordenada. En el rang de temperatura de 70-90 ˚С, adquireix propietats semblants al cautxú, convertint-se en un estat altament elàstic, que s'assembla als polímers orgànics.

Carbur de seleni o cristall de roca. Térmicament i químicament estable, cristall espacial prou fort. Piezoelèctric i semiconductor. En condicions artificials, es va obtenir fent reaccionar sorra de quars i carbó en un forn elèctric a una temperatura d'uns 2000 °C.

Altres polímers de seleni:

• Monoclínicaseleni: més ordenat que el vermell amorf, però inferior al gris.
• El diòxid de seleni, o (SiO2)n, és un polímer de xarxa tridimensional.
• L'amiant és un polímer d'òxid de seleni amb una estructura fibrosa.

Polímers de fòsfor

Hi ha moltes modificacions del fòsfor: blanc, vermell, negre, marró, morat. Vermell - NP estructura cristal·lina fina. S'obté escalfant fòsfor blanc sense aire a una temperatura de 2500 ˚С. P. Bridgman va obtenir fòsfor negre en les condicions següents: pressió 200.000 atmosferes a una temperatura de 200 °C.

Els clorurs de fosfornitrur són compostos de fòsfor amb nitrogen i clor. Les propietats d'aquestes substàncies canvien amb l'augment de la massa. És a dir, la seva solubilitat en substàncies orgàniques disminueix. Quan el pes molecular del polímer arriba a diversos milers d'unitats, es forma una substància de goma. És l'únic cautxú lliure de carboni prou resistent a la calor. Només es descompon a temperatures superiors als 350 °C.

Conclusió

Els polímers inorgànics són majoritàriament substàncies amb característiques úniques. S'utilitzen en la producció, en la construcció, per al desenvolupament de materials innovadors i fins i tot revolucionaris. A mesura que s'estudien les propietats dels NP coneguts i se'n creen de nous, l'abast de la seva aplicació s'amplia.