Polyme vô cơ: ví dụ và ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Trong tự nhiên, có các polyme hữu cơ và vô cơ. Vật liệu vô cơ bao gồm các vật liệu có mạch chính là vô cơ và các nhánh phụ không phải là gốc hydrocacbon. Các nguyên tố thuộc nhóm III-VI của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học dễ tạo ra các polyme có nguồn gốc vô cơ nhất.

Phân loại

Polyme hữu cơ và vô cơ đang được nghiên cứu tích cực, các đặc tính mới của chúng đang được xác định, do đó, một phân loại rõ ràng về các vật liệu này vẫn chưa được phát triển. Tuy nhiên, có thể phân biệt một số nhóm polyme nhất định.

Tùy theo cấu trúc:

• tuyến tính;
• phẳng;
• nhánh;
• lưới polyme;
• ba chiều và những thứ khác.

Tùy thuộc vào các nguyên tử xương sống tạo nên polyme:

• loại homochain (-M-) n - bao gồm một loại nguyên tử;
• loại chuỗi hỗn hợp(-M-L-) n - bao gồm các loại nguyên tử khác nhau.

Tùy xuất xứ:

• tự nhiên;
• nhân tạo.

Để phân loại các chất là đại phân tử ở trạng thái rắn thành polyme vô cơ, chúng cũng phải có tính dị hướng nhất định về cấu trúc không gian và các tính chất tương ứng.

Tính năng chính

Phổ biến hơn là polyme dị chuỗi, trong đó xảy ra sự luân phiên của các nguyên tử điện âm và điện âm, ví dụ, B và N, P và N, Si và O. Nhận polyme vô cơ dị chuỗi (NP) có thể sử dụng phản ứng trùng ngưng. Quá trình polycondensation của oxoanion được tăng tốc trong môi trường axit, trong khi polycondensation của các cation ngậm nước được tăng tốc trong môi trường kiềm. Quá trình trùng ngưng có thể được thực hiện cả trong dung dịch và chất rắn trong điều kiện nhiệt độ cao.

Nhiều polyme vô cơ dị chuỗi chỉ có thể thu được trong điều kiện tổng hợp ở nhiệt độ cao, ví dụ, trực tiếp từ các chất đơn giản. Sự hình thành cacbit, là các thể cao phân tử, xảy ra khi một số oxit nhất định tương tác với cacbon, cũng như trong điều kiện nhiệt độ cao.

Chuỗi đồng phân dài (với mức độ trùng hợp n>100) tạo thành cacbon và nguyên tố p nhóm VI: lưu huỳnh, selen, tellurium.

Polyme vô cơ: ví dụ và ứng dụng

Tính đặc thù của NP nằm ở giáo dụccác thể tinh thể cao phân tử với cấu trúc ba chiều đều đặn của các đại phân tử. Sự hiện diện của một khung cứng liên kết hóa học cung cấp cho các hợp chất này độ cứng đáng kể.

Tính chất này làm cho nó có thể sử dụng polyme vô cơ làm vật liệu mài mòn. Việc sử dụng những vật liệu này đã được ứng dụng rộng rãi nhất trong ngành.

Khả năng chịu nhiệt và hóa chất đặc biệt của NP cũng là một đặc tính có giá trị. Ví dụ, sợi gia cường làm từ polyme hữu cơ ổn định trong không khí đến nhiệt độ 150-220 ˚C. Trong khi đó, sợi boron và các dẫn xuất của nó vẫn ổn định ở nhiệt độ 650 ˚С. Đó là lý do tại sao các polyme vô cơ có triển vọng tạo ra các vật liệu chịu nhiệt và hóa học mới.

Giá trị thực tế cũng thuộc về NP, chúng vừa có tính chất gần với chất hữu cơ, vừa giữ được các đặc tính cụ thể của chúng. Chúng bao gồm phốt phát, polyphosphazene, silicat, oxit lưu huỳnh cao phân tử với các nhóm phụ khác nhau.

Polyme cacbon

Bài tập: “Cho ví dụ về polyme vô cơ” thường thấy trong sách giáo khoa hóa học. Chúng tôi khuyên bạn nên thực hiện nó với việc đề cập đến các dẫn xuất NP - cacbon nổi bật nhất. Rốt cuộc, điều này bao gồm các vật liệu có đặc tính độc đáo: kim cương, than chì và cacbine.

Carbine là một polyme tuyến tính được tạo ra nhân tạo, ít được nghiên cứu với các chỉ số độ bền vượt trội không thua kém, nhưng theo một số nghiên cứu vàvượt trội so với graphene. Tuy nhiên, carbine là một chất bí ẩn. Rốt cuộc, không phải tất cả các nhà khoa học đều công nhận sự tồn tại của nó như một vật liệu độc lập.

Nhìn bên ngoài giống như bột màu đen kết tinh kim loại. Nó có đặc tính bán dẫn. Độ dẫn điện của carbyne tăng lên đáng kể dưới tác dụng của ánh sáng. Nó không bị mất các đặc tính này ngay cả ở nhiệt độ lên đến 5000 ˚С, cao hơn nhiều so với các vật liệu khác cho mục đích này. Tài liệu được tiếp nhận vào những năm 60 của V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin và Yu. P. Kudryavtsev bằng cách xúc tác quá trình oxy hóa axetylen. Điều khó khăn nhất là xác định loại liên kết giữa các nguyên tử cacbon. Sau đó, một chất chỉ có liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon đã được thu được tại Viện Nghiên cứu Hợp chất Cơ quan của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Hợp chất mới được đặt tên là polycumulene.

Graphite - trong vật liệu này, trật tự polyme chỉ kéo dài trong mặt phẳng. Các lớp của nó được kết nối không phải bằng liên kết hóa học mà bằng tương tác giữa các phân tử yếu, vì vậy nó dẫn nhiệt và dòng điện và không truyền ánh sáng. Graphit và các dẫn xuất của nó là các polyme vô cơ khá phổ biến. Ví dụ về việc sử dụng chúng: từ bút chì đến ngành công nghiệp hạt nhân. Bằng cách oxy hóa graphit, có thể thu được các sản phẩm oxy hóa trung gian.

Kim cương - tính chất của nó về cơ bản là khác nhau. Kim cương là một polyme không gian (ba chiều). Tất cả các nguyên tử cacbon được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị mạnh. Vì polyme này cực kỳ bền. Kim cương không dẫn điện và nhiệt, có cấu trúc trong suốt.

Boron polyme

Nếu bạn được hỏi bạn biết loại polyme vô cơ nào, hãy trả lời - polyme bo (-BR-). Đây là một loại NP khá rộng rãi, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và khoa học.

Boron cacbua - công thức của nó trông đúng hơn như thế này (B12C3) n. Ô đơn vị của nó là hình thoi. Khung được hình thành bởi mười hai nguyên tử boron liên kết cộng hóa trị. Và ở giữa nó là một nhóm thẳng gồm ba nguyên tử cacbon liên kết cộng hóa trị. Kết quả là một cấu trúc rất chắc chắn.

Borides - tinh thể của chúng được hình thành tương tự như cacbua được mô tả ở trên. Chất ổn định nhất trong số này là HfB2, chỉ nóng chảy ở 3250 ° C. TaB2 được ghi nhận là có khả năng kháng hóa chất cao nhất - cả axit và hỗn hợp của chúng đều không tác động lên nó.

Boron nitride - thường được gọi là bột talc trắng vì sự giống nhau của nó. Sự giống nhau này thực sự chỉ là bề ngoài. Về mặt cấu trúc, nó tương tự như than chì. Nhận nó bằng cách đốt nóng boron hoặc oxit của nó trong môi trường amoniac.

Borazon

Elbor, borazone, cyborite, Kingsongite, cubonite là các polyme vô cơ siêu cứng. Ví dụ về ứng dụng của chúng: sản xuất bánh mài, vật liệu mài mòn, gia công kim loại. Đây là những chất trơ về mặt hóa học dựa trên boron. Độ cứng gần hơn các vật liệu khác với kim cương. Đặc biệt, borazon để lại vết xước trên kim cương, sau này cũng để lại vết xước trên tinh thể borazon.

Tuy nhiên, những ND này có một số lợi thế so với kim cương tự nhiên: chúng cókhả năng chịu nhiệt (chịu được nhiệt độ lên đến 2000 ° C, kim cương bị phá hủy với tốc độ trong khoảng 700-800 ° C) và khả năng chống ứng suất cơ học cao (chúng không dễ vỡ như vậy). Borazon được Robert Wentorf thu được ở nhiệt độ 1350 ° C và áp suất 62.000 atm vào năm 1957. Các vật liệu tương tự đã được các nhà khoa học Leningrad thu được vào năm 1963.

Polyme lưu huỳnh vô cơ

Homopolymer - sự biến đổi này của lưu huỳnh có phân tử mạch thẳng. Chất này không ổn định, với sự dao động nhiệt độ, nó bị phá vỡ thành các chu kỳ bát diện. Nó được hình thành trong trường hợp làm lạnh mạnh lưu huỳnh tan chảy.

Biến đổi polyme của sulfur dioxide. Rất giống với amiăng, có cấu trúc dạng sợi.

Polyme selen

Selenium xám là một polyme có các đại phân tử mạch thẳng xoắn lồng vào nhau song song. Trong chuỗi, các nguyên tử selen được liên kết cộng hóa trị, trong khi các đại phân tử được liên kết bằng liên kết phân tử. Ngay cả selen nóng chảy hoặc hòa tan cũng không bị phân hủy thành các nguyên tử riêng lẻ.

Selen đỏ hoặc vô định hình cũng là một polyme của chuỗi, nhưng có cấu trúc hơi có trật tự. Trong khoảng nhiệt độ 70-90 ˚С, nó có được các đặc tính giống như cao su, chuyển sang trạng thái đàn hồi cao, giống như các polyme hữu cơ.

Selen cacbua, hoặc tinh thể đá. Tinh thể không gian đủ mạnh về mặt nhiệt và hóa học. Áp điện và bán dẫn. Trong điều kiện nhân tạo, nó được thu nhận bằng cách cho cát thạch anh và than phản ứng trong lò điện ở nhiệt độ khoảng 2000 ° C.

Polyme Selenium khác:

• Phòng khám đa khoaselen - được đặt hàng nhiều hơn màu đỏ vô định hình, nhưng kém hơn màu xám.
• Selenium dioxide, hoặc (SiO2) n, là một polyme mạng ba chiều.
• Amiăng là một polyme của oxit selen có cấu trúc dạng sợi.

Polyme phốt pho

Có nhiều biến đổi của phốt pho: trắng, đỏ, đen, nâu, tím. Cấu trúc tinh thể màu đỏ - NP. Người ta thu được photpho trắng trong không khí ở nhiệt độ 2500 ˚С. Phốt pho đen được P. Bridgman thu được trong các điều kiện sau: áp suất 200.000 atm ở nhiệt độ 200 ° C.

Phosphornitride clorua là hợp chất của phốt pho với nitơ và clo. Tính chất của các chất này thay đổi khi khối lượng tăng dần. Cụ thể, khả năng hòa tan của chúng trong các chất hữu cơ giảm xuống. Khi khối lượng phân tử của polyme đạt đến vài nghìn đơn vị, một chất cao su được tạo thành. Đây là loại cao su không chứa carbon đủ chịu nhiệt duy nhất. Nó chỉ bị hỏng ở nhiệt độ trên 350 ° C.

Kết

Polyme vô cơ hầu hết là những chất có đặc điểm riêng biệt. Chúng được sử dụng trong sản xuất, xây dựng, để phát triển các vật liệu sáng tạo và thậm chí mang tính cách mạng. Khi các thuộc tính của các NP đã biết được nghiên cứu và các NP mới được tạo ra, phạm vi ứng dụng của chúng sẽ mở rộng.