Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

§ 12. ПОЛИМЕРЫ

     В сознании любого человека, знающего основы естествознания, понятие «полимеры» ассоциируется с чем-то необыкновенно большим, крупным. В действительности это так и есть. Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.Повторяющийся структурный фрагмент в макромолекуле полимера называют элементарным звеном и в химической формуле записывают в круглых скобках. Число элементарных звеньев именуют степенью полимеризации. Поскольку степень полимеризации каждой конкретной молекулы полимера может варьироваться в значительных пределах, ее обозначают не числом, а подстрочным индексом n в формуле вещества. Например, химическую формулу одного из самых распространенных полимеров полиэтилена – записывают так: (–СН2–СН2–)n, где (–СН2–СН2–) – элементарное звено, n – степень полимеризации.     Вещество, из которого образуется полимер, называют мономером. По природе мономера различают неорганические и органические полимеры. Превращение мономера в полимер может осуществляться в ходе реакции полимеризации (в этом случае помимо полимера в результате реакции не образуетсяникаких других веществ) или реакции поликонденсации (в таких реакциях кроме полимера образуются также низкомолекулярные побочные продукты, например вода).     Приведем пример записи реакции полимеризации для получения полиэтилена: nСН2=СН2 → (–СН2–СН2–)n.     Примером реакции поликонденсации служит превращение моносахарида глюкозы в полисахарид крахмал:nС6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O.     По происхождению различают природные полимеры, или биополимеры (те, которые создаются самой природой без участия человека), искусственные (это химически модифицированные природные полимеры) и синтетические полимеры (те, которые получают химическим путем).     «Везде пластмасса, никель – все не то…» (И.Бродский). Буквально на каждом шагу в повседневной жизни мы сталкиваемся с веществами полимерного строения: это строительные, отделочные, упаковочные, конструкционные, изоляционные материалы; детали машин и механизмов; одежда, ткани и обувь; декоративные, антикоррозионные и специальные покрытия; резинотехнические изделия, эластомеры и многое, многое другое.     Сама жизнь немыслима без природных высокомолекулярных веществ – биополимеров, к числу которых относятся белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), полисахариды (крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин и др.). Кратко охарактеризуем наиболее важные группы известных вам полимеров – пластмассы и волокна.

Пластмассы – это полимерные материалы, способные при нагревании приобретать заданную форму и сохранять ее после охлаждения.

     Как правило, пластмасса представляет собой смесь нескольких веществ, а полимер – это лишь одно из них, но самое важное. Именно он связывает все компоненты пластмассы в единое, более или менее однородное целое. Поэтому полимер в составе пластмассы называют связующим.

Понятно, что превращать в готовые изделия удобно те пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются. Такие пластмассы называют термопластами, или термопластичными полимерами. К таким пластмассам относят полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды.

Если же в процессе формования изделия происходит сшивка макромолекул, и полимер, твердея, приобретает пространственную структуру, то такие пластмассы называют реактопластами, или термореактивными полимерами. К ним относятся фенолоформальдегидные, карбамидные и полиэфирные смолы.

Обратно в вязкотекучее состояние такие полимеры вернуть нельзя.

     Кроме связующего полимера, в состав пластмасс часто вводят разные добавки: наполнители, красители, а также вещества, повышающие механические свойства, термостойкость и устойчивость к старению. Наполнители не только значительно удешевляют пластмассы, но и придают им многие специфические свойства.

Например, пластмассы с наполнителем в виде алмазной и карборундовой пыли – это абразивы, т.е. шлифовальный материал. Широкому применению пластмасс способствует низкая их стоимость, легкость переработки. По свойствам пластмассы часто не уступают металлам и сплавам, а иногда даже превосходят их.

     Основные потребители пластмасс – это строительная индустрия, машиностроение, электротехника, транспорт, производство упаковочных материалов, товаров народного потребления (рис. 1).

Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

                                                                             Рис. 1. Области применения пластмасс     Понятие «полимеры» часто воспринимается как категория химическая, как нечто придуманное и синтезированное изобретателями-химиками. Однако многие полимеры встречаются в природе, и не в форме брошенных человеком и загрязняющих ее отработанных изделий, а как натуральные вещества, синтезированные растительными и животными организмами.     Так, растущее в Малой Азии дерево Liuamber orientalis выделяет пахучую смолу, называемую стираксом, которую еще 3000 лет назад древние египтяне использовали при бальзамировании умерших. Стиракс, так же, как и «драконова кровь», выделяемая малайской пальмой ротангом, представляет собой не что иное, как полистирол. Жук Abax ater в случае опасности выстреливает в атакующего жидкостью, состоящей, в основном, из мономерного метилметакрилата, который, полимеризуясь на теле врага, делает его неподвижным.

  •      Основные пластмассы и области их применения приведены в таблице 1.     
  • Пластмассы и их применение
  • Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, видыНеорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды
  •      Ко второй группе полимерных материалов относятся волокна.
     Волокна – это полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления текстильных материалов (нитей, жгутов, тканей).

     Как и все полимеры, волокна бывают природные (натуральные), искусственные и синтетические.

  1.      Природные волокна по происхождению делят на растительные, животные и минеральные.
  2.      Волокна растительного происхождения можно подразделить на: 

волокна, формирующиеся на поверхности семян (хлопок);– волокна стеблей растений – лубяные волокна (лен, джут, пенька);– волокна оболочек плодов (копра орехов кокосовой пальмы).     Наиболее важное волокно растительного происхождения – хлопковое – обладает хорошими механическими свойствами, износоустойчивостью, термостабильностью, умеренной гигроскопичностью. Оно применяется в производстве различных тканей и трикотажа, швейных ниток, ваты. Лен применяют для изготовления бельевых, платьевых и декоративных тканей. Лубяные волокна используют в производстве тканей, из которых изготавливают тару (мешки), канаты, веревки.     К волокнам животного происхождения относят шерсть и шелк.     Натуральная шерсть характеризуется невысокой прочностью, большой эластичностью. Применяют ее для изготовления тканей бытового и технического назначения, трикотажа, валяльно-войлочных изделий.     Натуральный шелк вырабатывают многочисленные гусеницы и пауки. Самый известный шелк выделяют шелковичные черви Bombyx mori (рис. 2).

  • Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

Рис. 2. Тутовый шелкопряд. На открытке:бабочка за откладкой яиц, гусеница, кокони кокон в разрезе (художник Л.В.Аристов)     Китайцам шелк был известен более чем за две с половиной тысячи лет до н.э. Секрет его изготовления охранялся государством, пока в 556 г. н.э. монахи из Европы не вывезли контрабандой из Китая яйца шелковичных червей, спрятав их в полые трости. Натуральный шелк – это очень дорогое волокно.     Например, в Японии шелковое кимоно стоит около 30 000 долларов. Раньше шелк окрашивали натуральными красителями, например, кошенилью в различные цвета: пурпурные, алые, лиловые и т.д. Такой шелк использовали для пошива одежды царствующих особ, священнослужителей, светских красавиц.                                                            …И кажется лицо бледней                                                                От лиловеющего шелка…                                                                                                     А.Ахматова     Единицей измерения шелка служит мумми. Слово это не имеет ничего общего с египетскими мумиями. Оно происходит от японского «момме». Мумми – это единица массы ткани (3,75 г), соотнесенная с одним квадратным метром ткани фабричного производства. Один квадратный метр большинства сортов шелка весит 16–22 мумми, однако некоторые китайские сорта весят только 4–8 мумми.

     Химические волокна получают из растворов или расплавов волокнообразующих полимеров. Их подразделяют на следующие группы:– искусственные (вискозное, ацетатное и др.

), которые получают из природных полимеров или продуктов их переработки, главным образом из целлюлозы и ее эфиров;– синтетические (капрон, лавсан, энант, найлон), которые получают из синтетических полимеров.     Рассмотрим еще одну группу полимеров, которую в обыденном сознании редко связывают с этим понятием. Это неорганические полимеры.

     Такой неорганический полимер, как сера пластическая, нетрудно получить из кристаллической серы, выливая ее расплав в холодную воду. В результате получается резиноподобное вещество, строение которого можно отобразить так:

                                                            Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды     Элементарным звеном в этом полимере являются атомы серы.     Другие неорганические полимеры, имеющие атомную структуру, – это все аллотропные видоизменения углерода (в т.ч. алмаз и графит), селен и теллур цепочечного строения, красный фосфор, кристаллический кремний. Последний обладает полупроводниковыми свойствами и используется для изготовления солнечных батарей (рис. 3).

  1. Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

                                                                    Рис. 3. Солнечная батарея на крыше жилого дома     Мы привели примеры простых веществ, имеющих полимерную атомную структуру. Еще более разнообразна группа неорганических полимеров – сложных веществ. Это, например, оксид кремния(IV):

Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

     Разновидностями этого полимера, который образует основную массу литосферы, являются кварц, кремнезем, горный хрусталь, агат (рис. 4).

Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

                                                                    Рис.4. Агат

      Не менее распространен и такой важный для литосферы полимер, как оксид алюминия. Чаще всего оба эти полимера образуют минералы, имеющие общее название алюмосиликаты. К ним относятся, например, белая глина (каолин), полевые шпаты, слюда (рис. 5).

Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

                                                                    Рис. 5. Парагонит (слюда – природный слоистый минерал)

     Почти все минералы и горные породы представляют собой природные полимеры.     Среди неорганических полимеров встречаются и волокна.

     К минеральным волокнам относят асбест (рис. 6), издавна известный на Руси под названием «горный лен». Из него в «Каменном поясе» (так нередко называли Уральские горы) на предприятиях промышленников и предпринимателей Демидовых готовили несгораемое белье, которое они в качестве экзотических презентов дарили знатным людям, в том числе и императрице Екатерине Великой.

  • Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды
Читайте также:  Графитовая смазка: применение, гост, характеристики: состав, свойства, область применения

     Асбест в наши дни используется для производства тепло- и огнезащитных химически стойких изделий: технических тканей, шифера, труб и др.1. Что такое полимер, мономер, элементарное звено, степень полимеризации?2. Какие биополимеры вы знаете? Охарактеризуйте их с использованием понятий, перечисленных в первом вопросе.3. Что такое пластмассы? На какие группы по происхождению и по отношению к нагреванию они делятся? Приведите примеры.4. Что такое полимеризация и поликонденсация? Сравните эти процессы. Приведите примеры. При ответе на этот вопрос используйте, в том числе, и знания по общей биологии.5. Что такое волокна? На какие группы они делятся? Приведите примеры и расскажите о значении конкретных представителей каждой группы, используя возможности Интернета.6. Приготовьте сообщение на тему: «Синтетические материалы и их роль в современной технике» с использованием ресурсов Интернета.7. Какие неорганические полимеры вам известны? Что общего в их строении? Какую роль они играют в неживой природе?8. Приготовьте сообщение на тему «Полимеры – природные минералы» с использованием ресурсов Интернета.9. Запишите структурное звено кварца. Расскажите о разновидностях природных минералов, имеющих это структурное звено.10. Что такое полупроводники? Чем они отличаются от проводников и диэлектриков? Какое значение имеют полупроводники в современной технике? Для ответа на эти вопросы воспользуйтесь ресурсами Интернета.11. Подготовьте сообщение на тему «Шелк: история и развитие шелковой промышленности», используя возможности Интернета.

Источник: https://himiknoginsk.ucoz.ru/index/polimery/0-158

Органические полимеры

Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

Полимеры бывают:

  • синтетическими,
  • искусственными,
  • органическими. 

Природные органические полимеры

Органические полимеры в природе образуются в животных и растительных организмах. Самые важные из них – это белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, каучук и другие природные соединения.

Человек давно и широко применяет органические полимеры в своей повседневной жизни. Кожа, шерсть, хлопок, шелк, меха – все это  используется для производства одежды. Известь, цемент, глина, органическое стекло (плексиглас) – в строительстве.

Органические полимеры присутствуют и в самом человеке. Например, нуклеиновые кислоты (их называют еще ДНК), а также рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Свойства органических полимеров

У всех органических полимеров есть особые механические свойства:

  •  малая хрупкость кристаллических и стеклообразных полимеров  (органическое стекло, пластмассы);
  •  эластичность, то есть высокая обратимая деформация при небольших нагрузках (каучук);
  •  ориентирование макромолекул под действием механического направленного поля (производство пленок и волокон);
  •  при малой концентрации большая вязкость растворов  (полимеры вначале набухают, а потом растворяются);
  •  под действием небольшого количества реагента способны быстро изменить свои физико-механические характеристики (например, дубление кожи, вулканизация каучука).

Таблица 1. Характеристики горения некоторых полимеров

ПолимерыПоведение материала при внесении в пламя и горючестьХарактер пламениЗапах
Полиэтилен (ПЭ) Плавится течет по каплям, горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени. Светящееся, вначале голубоватое, потом желтое Горящего парафина
Полипропилен (ПП) То же То же То же
Поликарбонат (ПК) То же Коптящее
Полиамид (ПА) Горит, течет нитью Синеватое снизу, с желтыми краями Паленых волос илигорелых растений
Полиуретан (ПУ) Горит, течет по каплям Желтое, синеватое снизу, светящееся, серый дым Резкий, неприятный
Полистирол (ПС) Самовоспламеняется, плавится Ярко-желтое, светящееся, коптящее Сладковатый цветочный,с оттенком запаха стирола
Полиэтилентерефталат(ПЭТФ) Горит, капает Желто-оранжевое, коптящее Сладкий, ароматный
Эпоксидная смола (ЭД) Горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени Желтое коптящее Специфический свежий(в самом начале нагревания)
Полиэфирная смола (ПН) Горит, обугливается Светящееся, коптящее, желтое Сладковатый
Поливинилхлорид жесткий (ПВХ) Горит с трудом и разбрасыванием, при удалении из пламени гаснет, размягчается Ярко-зеленое Резкий, хлористого водорода
ПВХ пластифицированный Горит с трудом и при удалении из пламени, с разбрасыванием Ярко-зеленое Резкий, хлористого водорода
Фенолоформальдегидная смола (ФФС) Загорается с трудом, горит плохо, сохраняет форму Желтое Фенола, формальдегида

Таблица 2. Растворимость полимерных материалов

ПолимерыРастворителибензинацетонэтиловый спиртводауксусная кислотасоляная кислота (конц.)
Фенолоформальдегидная смола (ФФС) НР Р Р НР НР
Эпоксидная смола (ЭД) НР Р Р НР
Полиэфирная смола (ПН) НР Р Р НР НР НР
Полиамид (ПА) НР НР НР НР Р НР
Поливинилхлорид (ПВХ) НР НР НР НР НР НР
Полистирол (ПС) НР НБ НР НР НР НР
Полиэтилен (ПЭ) НР НР НР НР НР

Таблица 3. Окраска полимеров по реакции Либермана – Шторха – Моравского

ОкраскаПолимеры
Слабо-розовая Феноло-формальдегидные, феноло-фурфурольные
Розовая, переходящая в красную Эпоксидные смолы
Медленно синеет, затем зеленеет Поливинилхлорид
Отсутствует, иногда коричневая Полиэфирные смолы
Отсутствует Полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиамид, полистирол, полиметилметакрилат, мочевино- и меламино-формальдегидные смолы, акрило-бутадиен-стирольные пластики

Источник: http://lkmprom.ru/clauses/entsiklopediya/polimery-/

Неорганические полимеры

В современном мире практически нет человека, который бы не имел хоть какого то представления о полимерах.

Полимеры идут по жизни вместе с человеком, делая его жизнь все более удобной и комфортной.

Неорганические полимеры: применение, свойства, строение, виды

При упоминании о полимерах первые ассоциации будут связаны с синтетическими органическими веществами, так как они больше находятся на виду. Полимеры природные – натуральные органические вещества – хоть их и больше в окружающем нас мире, в ассоциативном восприятии человека отходят на второй план. Они окружают нас всегда, однако никто не задумывается о природе происхождения флоры и фауны.

Целлюлоза, крахмал, лигнин, каучук, белки и нуклеиновые кислоты – основной материал, используемый природой для сотворения окружающего нас животного и растительного мира. И уж совсем никто не будет воспринимать как полимеры драгоценные камни, графит, слюду, песок и глину, стекло и цемент.

Тем не менее, наукой установлен факт полимерного строения многих неорганических соединений, в том числе и перечисленных выше. Полимерные вещества состоят из макромолекул. При образовании полимеров большое число атомов или групп атомов связываются между собой химическими связями – ковалентными или координационными.

Полимерные макромолекулы содержат десятки, сотни, тысячи или десятки тысяч атомов или повторяющихся элементарных звеньев. Сведения о полимерном строении были получены при исследовании свойств растворов, строения кристаллов, механических и физико-химических свойств неорганических веществ.

В подтверждение вышесказанному следует отметить, что имеется достаточное количество научной литературы, подтверждающей факт полимерного строения некоторых неорганических веществ.Логичным будет замечание: почему так много есть информации о синтетических органических полимерах и так мало о неорганических.

Если есть неорганические полимерные вещества, то что конкретно они из себя представляют и где они используются? Выше были приведены несколько примеров неорганических полимеров. Это известные вещества, которые знают все, вот только мало кто знает, что эти вещества можно причислить к отряду полимеров.

По большому счету обывателю все равно можно ли отнести графит к полимерам или нет, что касается драгоценных камней, то для кого-то это может быть даже оскорбительно, равнять дорогие украшения с дешевой пластмассовой бижутерией. Тем не менее, если есть основания называть некоторые неорганические вещества полимерами, то почему бы об этом не поговорить.

Рассмотрим некоторых представителей таких материалов, остановимся более подробно на самых интересных.Для синтеза неорганических полимеров чаще всего требуются очень чистые исходные вещества, а также высокие температура и давление. Основными способами их получения, как и органических полимеров, являются полимеризация, поликонденсация и поликоординация.

К простейшим неорганическим полимерами относятся гомоцепные соединения, состоящие из цепей или каркасов, построенных из одинаковых атомов. Кроме известного всем углерода, являющегося основным элементом, участвующим в построении практически всех органических полимеров другие элементы тоже могут участвовать в построении макромолекул.

К таким элементам относятся бор из третьей группы, кремний, германий и олово из четвертой группы, куда как раз входит и углерод, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут из пятой группы, сера, селен теллур из шестой. В основном гомоцепные полимеры, полученные на основе этих элементов, используются в электронике и оптике.

Электронная промышленность развивается очень высокими темпами и спрос на синтетические кристаллы давно уже превышает предложение. Особо, все же, следует отметить углерод и неорганические полимеры которые получают на его основе: алмаз и графит. Графит, известный материал, который нашел применение в различных сферах промышленности.

Из графита получают карандаши, электроды, тигли, краски, смазки. Тысячи тонн графита идут на нужды атомной промышленности благодаря его свойствам замедлять нейтроны. В статье мы остановимся подробнее на самих интересных представителях неорганических полимеров – драгоценных камнях.Самым интересным, пафосным, любимым женщинами представителем неорганических полимеров являются алмазы.

Алмазы – весьма дорогостоящие минералы, которые также можно отнести к неорганическим полимерам, в природе их добывают пять крупных компаний: «DeBeers», «Alrosa», «Leviev», «BHPBilliton», «RioTinto». Именно компания «DeBeers» создала репутацию этих камней. Искусный маркетинг сводится к слогану, «Бриллиант – это навсегда».

«DeBeers» превратила этот камень в символ любви, благополучия, власти, успеха. Интересен тот факт, что алмазы в природе встречаются достаточно часто, например сапфиры и рубины, более редкие минералы, однако ценятся они ниже алмазов. Самое интересное это ситуация, которая сложилась на рынке природных алмазов. Дело в том, что существуют технологии, позволяющие получить синтетические алмазы.

В 1954 году исследователь компании «General Electric» Трейси Холл изобрел аппарат, который позволял при давлении 100000 атмосфер и температуре свыше 2500ºС из сульфида железа получать кристаллы алмаза. Качество этих камней было с ювелирной точки зрения невысоко, однако твердость была такая же, как у природного камня.

Изобретение Холла было усовершенствовано и в 1960 году «General Electric» создал установку, в которой можно было получать алмазы ювелирного качества. Негативным моментом было то, что цена синтетических камней была выше природных.На данный момент существуют две технологии синтеза алмазов.

Технология HPHT (high pressure/high temperature) – синтез алмазов в сочетании высокого давления и высокой температуры. Технология CVD (chemical vapor deposition) – технология химического осаждения пара, считается более прогрессивной и позволяет выращивать алмаз, как бы моделируя природные условия его роста. Обе технологии имеют достоинства и недостатки.

Кампании их использующие решают недостатки технологий, применяя свои собственные изобретения и разработки. Например, еще в 1989 году группе советских ученых из Новосибирска удалось снизить давление синтеза до 60000 атмосфер.

После распада Советского Союза разработки в области синтеза алмазов не были прекращены благодаря многим заграничным инвесторам, заинтересованным в получении технологии дешевого синтеза качественных драгоценных камней. Например, «DeBeers», дабы не потерять возможность контролировать рынок финансировала работы некоторых ученых.

Некоторые частные предприниматели купили в России оборудование по синтезу алмазов, например процветающая сейчас американская компания «Gemesis» начала с того, что приобрела в России в 1996 году за 60000 долларов установку для выращивания алмазов.

Сейчас «Gemesis» производит и продает алмазы редких цветов: желтые и синие, причем разница в цене между этими и точно такими же природными камнями достигает 75%.Другая крупная компания, синтезирующая алмазы – «Apollo Diamond», совершенствует технологию HPHT, проводя синтез камней в газовой атмосфере определенного состава (технология-симбиоз HPHT и CVD).

Читайте также:  Графитовый тигель: для плавки металлов, для индукционных печей

Такой метод выводит «Apollo Diamond» на рынок ювелирных камней при этом, качество синтетических алмазов, выращиваемых по такой технологии очень высоко. Геммотологам все труднее отличить синтетические камни от природных. Для этого требуется комплекс анализов, на достаточно сложном и дорогостоящем оборудовании.

Синтетические ювелирные алмазы «Apollo Diamond» практически невозможно отличить от природных минералов стандартными методами анализа.Мировая добыча алмазов составляет сейчас 115 миллионов карат или 23 тонны в год. Теоретически этот гигантский рынок может упасть при этом репутация алмазов как драгоценных камней будет потеряна навсегда.

Фирмы-монополисты вкладывают средства в стабилизацию ситуации и контроль рынка. Например, проводятся дорогостоящие маркетинговые компании, скупаются патенты на технологии искусственного изготовления алмазов для того чтобы эти технологии никогда не были внедрены, на фирменные бриллианты выдаются сертификаты и паспорта качества, подтверждающие их природное происхождение.

Но удержит ли это прогресс технологии синтеза?Заговорив об алмазах, мы отвлеклись на блеск драгоценных камней ювелирной промышленности, но следует указать и на промышленные камни. В данном случае большинство предприятий, занимающихся выращиванием алмазов, работает в основном для нужд электронной и оптической промышленности.

Рынок промышленных камней, возможно, не так интригует как рынок ювелирных, но, тем не менее, он огромен. Например, основной доход «Apollo Diamond» — синтез тонких алмазных дисков для полупроводников. Кстати, сейчас установку для синтеза алмазов производительностью порядка 200 кг алмазов в месяц можно приобрести за 30 тысяч долларов.Другим представителем драгоценных камней является рубин.

Первый синтетический рубин появился на свет в 1902 году. Его синтезировал французский инженер Вернейль, расплавив порошок окиси алюминия и хрома, который потом кристаллизовался в шестиграммовый рубин. Такая простота синтеза позволила относительно быстро развить промышленное производство рубинов по всему миру. Камень этот очень востребован.

Ежегодно в мире добывают порядка 5 тонн рубинов, а потребности рынка исчисляются сотнями тонн. Рубины нужны часовой промышленности, нужны при производстве лазеров. Предложенная Вернейлем технология впоследствии дала предпосылки для синтеза сапфиров и гранатов. Наиболее крупные производства искусственных рубинов находятся во Франции, Швейцарии, Германии, Великобритании, США.

Экономика производства такова. Львиную долю себестоимости съедают энергетические расходы. При этом себестоимость синтеза килограмма рубинов 60 долларов, себестоимость килограмма сапфиров – 200 долларов. Рентабельность такого бизнеса очень высока, так как закупочная цена на кристаллы минимум в два раза выше.

Здесь следует учитывать ряд факторов, таких как тот, что чем больше выращиваемый монокристалл, тем себестоимость его ниже, также при производстве из кристаллов изделий, цена их будет намного выше, нежели цена продаваемых кристаллов (например, производство и реализация стекол).

Что касается оборудования, то российские установки для выращивания кристаллов стоят около 50 тысяч долларов, западные на порядок дороже, при этом срок окупаемости организуемого производства в среднем составляет два года. Как уже говорилось потребности рынка в синтетических кристаллах коллосальны. Например, очень востребованы сапфировые стекла.

В мире синтезируется порядка тысячи тонн сапфиров в год. Годовые потребности производства доходят до миллиона тонн!Изумруды синтезируют исключительно для нужд ювелирной промышленности. В отличие от остальных кристаллов получают изумруд не из расплава, а из раствора борного агидрида при температуре 400оС и давлении 500 атмосфер в гидротермальной камере.

Любопытно то, что добыча природного камня составляет всего 500 килограмм в год. Синтетические изумруды в мире производят также в не таком большом количестве, как остальные кристаллы, порядка тонны в год. Дело в том, что технология синтеза изумрудов малопроизводительна, однако рентабельность такого производства на высоте.

Производя около 5 килограмм кристаллов в месяц при себестоимости 200 долларов за килограмм, цена продажи изумрудов синтетических практически равна цене природных. Стоимость установки для синтеза изумрудов составляет порядка 10 тысяч долларов.Но самым востребованным синтетическим кристаллом является кремний. Пожалуй, он даст фору любому драгоценному камню.

На данный момент кремний занимает 80% всего рынка синтетических кристаллов. Рынок испытывает дефицит кремния ввиду стремительного развития высоких технологий. На данный момент рентабельность производства кремния превышает 100%. Цена килограмма кремния составляет порядка 100 долларов за килограмм, при этом себестоимость синтеза достигает 25 долларов.

Сверхчистый кремний используется в качестве полупроводника. Из его кристаллов делают солнечные фотоэлементы, имеющие высокий коэффициент полезного действия. Кремний, как и углерод, может создавать длинные молекулярные цепи из своих атомов. Таким образом получают силан и каучук, обладающий удивительными свойствами. Несколько лет назад весь мир взбудоражило сообщение об опытах американского инженера Вальтера Роббса, которому удалось изготовить пленку из силиконовой резины толщиной 0,0025 сантиметра. Этой резиной он обтянул клетку, в которой жил хомяк, и опустил хомяка в аквариум. В течение нескольких часов первый в мире хомяк-подводник дышал кислородом, растворенным в воде, и был при этом бодр, не проявлял признаков беспокойства. Оказывается, пленка играет роль мембраны, выполняя те же функции, что и жабры у рыб. Пленка пропускает внутрь молекулы газа жизни, а углекислый газ при этом через пленку вытесняется наружу. Такое открытие делает возможным организацию жизни человека под водой отодвигая в сторону баллоны с дыхательной смесью и кислородные генераторы.Кремний выпускается трех видов: кремний металлургический (MG), кремний для электронной промышленности (EG) и кремний для производства солнечных батарей (SG). Ввиду череды энергетических кризисов усиленно внедряются альтернативные технологии получения энергии. К таковым относится преобразование солнечной энергии в электрическую, то есть, использование солярных установок, работающих на солнечных батареях. Важной составляющей солнечных батарей является кремний. В Украине на Запорожском титаномагниевом комбинате производился кремний для солнечных батарей. При советском Союзе это предприятие давало 200 тонн кремния, при общесоюзном объеме производства 300 тонн. О том, как обстоит дело с производством кремния в Запорожье сейчас автору ничего неизвестно. Стоимость организации современного производства поликристаллического кремния для нужд энергетической промышленности мощностью 1000 тон в год составляет около 56 миллионов долларов. Синтез кремния для различных нужд во всем мире по востребованности занимает первое место и еще долго будет удерживать эти позиции.

В статье мы рассмотрели только некоторых представителей неорганических полимеров. Быть может многие вещи, рассказанные выше, для кого-то были восприняты с удивлением и неподдельным интересом.

Кто-то по-новому взглянул на понятие философского камня, пусть не золото, но драгоценные камни из невзрачных оксидов металлов и других непримечательных веществ получать все-таки можно.

Надеемся, что статья дала повод к размышлениям и как минимум развлекла читателя интересными фактами.

Источник: http://www.garmony.com.ua/index.php/articles-vvod-brit-r-s-bril-s-brib-kondensator-ke-kes-kep-kek-kps-ket-kmps-keb-grafit-mpg-6-7/16-stati-po-tematike-grafit/81-neorganicheskie-polimery-grafit-ukkm-uglerod-tigli-bloki-gmz-arv-ag-ge-sg

Неорганические полимеры

Неорганические полимеры – термин, который приобрел известность благодаря широкому применению в литье по выплавляемым моделям. А все благодаря свойствам, которые присущи этим материалам. Но значение неорганических полимеров для человека намного шире, и сфера применения далеко выходит за рамки этой технологии.

Что такое неорганические полимеры

Более распространены неорганические полимеры природного происхождения, содержащиеся в земной коре

Чаще всего это продукт синтеза элементов III-VI группы периодической системы Менделеева. Неорганическими они называются потому, что в основе лежат неорганические главные цепи и не имеют органические боковые радикалы. Связи появляются в результате одного из двух процессов — поликонденсация или полимеризация.

Говоря обобщенно, неорганические полимеры – это искусственно синтезированные материалы, которые пришли на смену природным. При этом создатели преследовали цель сделать их дешевле. Современные полимеры превосходят имеющиеся природные аналоги по своим характеристикам. Были созданы материалы, которыми природа не обладает вовсе. Это обеспечивает их популярность и разнообразие.

Классификация 

Пока еще не сформирован четкий перечень видов, но есть несколько основных групп неорганических полимеров, которые разнятся по своей структуре. Такие материалы бывают:

  • линейными;
  • плоскими;
  • разветвленными;
  • трехмерные и т.д.

Также различают по происхождению:

  • природные;
  • искусственные.

По образованию цепей:

  • гетероцепные;
  • гомоцепные.

В отдельную категорию выделяют полимерные сетки. По своей структуре это макромолекулы пространственного строения. Это позволило обеспечить нужды широкого круга производств.

Виды неорганических полимеров

Асбест — один из самых распространенных полимеров. По своей структуре это тонковолоконный материал – силикат. В своем составе он включает молекулы железа, магния, кальция и натрия. Производство этого полимера относится к числу вредных для человека, но изделия из него абсолютно безопасны.

Силикон также нашел свое применение благодаря тому, что по многим характеристикам превосходит природный каучук. Прочность и эластичность обеспечивает соединение кислорода и кремния. Полисиликонсан выдерживает механические, температурные, деформационные воздействие. При этом форма и структура остается неизменной.

Карбин пришел на смену алмазу. Он также прочен, что необходимо во многих отраслях промышленности. Для этого полимера характерна способность выдерживать температуру до 5 000 ºC. Особенность – увеличение электропроводности под воздействием световых волн.

Графит известен всем, кто когда-либо брал в руки карандаш. Особенность углеводородистых полимеров – плоскостная структура. Они проводят электрические разряды, тепло, но полностью поглощают световую волну.

Также производятся полимеры, в основе которых применен селен, бор и другие элементы, что обеспечивает разнообразие характеристик.

Характеристики неорганических полимеров

При создании полимерных материалов за основу качеств конечного продукта берут:

  • гибкость и эластичность;
  • прочность на сжатие, кручение, разрыв;
  • агрегатное состояние; температурная стойкость;
  • электропроводность;
  • способность пропускать свет и т.д.

при изготовлении берут чистое вещество, подвергают его специфическим процессам полимеризации, и на выходе получают синтетические (неорганические) полимеры, которые:

  1. Выдерживают запредельные температуры.
  2. Способны принимать изначальную форму после деформации под действием внешних механических сил.
  3. Становятся стеклообразными при нагревании до критической температуры.
  4. Способны менять структуру при переходе от объемной к плоскостной, чем обеспечивается вязкость.

Способность преобразовываться используется при формовом литье. После остывания неорганические полимеры твердеют, и приобретают также различные качества от прочного твердого до гибкого, эластичного.

При этом обеспечивается экологическая безопасность, чем не может похвастаться обычный пластик. Полимерные материалы не вступают в реакцию с кислородом, а прочные связи исключают высвобождение молекул.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями.

И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д.

В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе.

В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Читайте также:  Как снять стопорное кольцо: технология и инструмент: виды, приемы, характеристика

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора.

Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена.

Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Особые свойства, применяемые человеком

Суть в том, что в результате синтеза образуются макромолекулы объемного (трехмерного) типа. Прочность обеспечивается сильными связями и структурой.

Как химический элемент неорганические полимеры ведут себя аморфно, и не вступают в реакцию с другими элементами и соединениями.

Это особенность позволяет использовать их в химической промышленности, медицине, при производстве продуктов питания.

Термическая стойкость превышает все показатели, которыми обладают природные материалы. Если волокна используются для формирования армированного каркаса, то такая конструкция выдерживает на воздухе температуру до 220 градусов. А ели речь идет о борном материале, то предел температурной прочности поднимается до 650 градусов. Именно поэтому полеты в космос без полимерсан были бы невозможными.

Но это если говорить о качествах, превосходящих природные. Те же изделия, которые изготовлены из этих соединений, которые похожи по качеству к натуральным, имеют особое значение для человека. Это дает возможность снизить стоимость одежды, заменив, например, кожу. При этом внешних отличий практически нет.

В медицине на неорганические полимеры возлагаются особые надежды. Их этих материалов планируется изготавливать искусственные ткани и органы, протезы и т.д. Химическая устойчивость позволяет обрабатывать изделия активными веществами, что обеспечивает стерильность. Инструмент становится долговечным, полезным и безопасным для человека.

Так, интерьер, созданный с применением полимерных материалов пожарно безопасен. Большинство макромолекул формируют предметы, которые не горят, не плавятся, а значит, при нагревании не выделяют угарный газ. А те, которые имеют малый вес незаменимы в авиастроении, тем более, что они прочнее и дешевле натуральных.

По сей день учеными ведутся работы по созданию новых полимерных материалов. А те, которые уже применяются, требуют изучения. Свойства некоторых из них до конца не раскрыты. Разработка самой методологии – очередной шаг прогресса. Цель создателей – улучшить качества изделий, и сделать жизнь человека более комфортной.

Источник: https://prompriem.ru/litejnoe-proizvodstvo/neorganicheskie-polimery.html

НЕОРГАНИ́ЧЕСКИЕ ПОЛИМЕ́РЫ

Авторы: А. Ю. Шаулов

НЕОРГАНИ́ЧЕСКИЕ ПОЛИМЕ́РЫ, при­род­ные и син­те­тич. вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ные со­еди­не­ния, не со­дер­жа­щие уг­ле­во­до­род­ных групп. За­ко­но­мер­но­сти по­ве­де­ния Н. п., как и ор­га­нич.

по­ли­ме­ров, обу­слов­ле­ны их цеп­ным строе­ни­ем, про­стран­ствен­ной струк­ту­рой, мо­ле­ку­ляр­ной мас­сой и оп­ре­де­ля­ют­ся элек­трон­ной струк­ту­рой со­став­ляю­щих их ато­мов, ко­то­рые мо­гут об­ра­зо­вы­вать ко­ва­лент­ные, ион­ные, ко­ор­ди­на­ци­он­ные и ме­тал­лич. свя­зи.

Н. п. при­род­но­го про­ис­хо­ж­де­ния со­став­ля­ют до 80% мас­сы зем­ной ко­ры; в за­ви­си­мо­сти от со­ста­ва осн.

це­пи под­раз­де­ля­ют­ся на го­мо­цеп­ные – мо­но­эле­мент­ные ($ce{C_{n}, B_{n}, Si_{n}, Ge_{n}}$, cерое $ce{Sn_{n}, P_{n}, As_{n}, Sb_{n}, Bi_{n}, S_{n}, Se_{n}, Te_{n}}$) и ге­те­ро­цеп­ные: по­ли­ок­си­ды (си­ли­ка­ты, бо­ра­ты, фос­фа­ты, алю­ми­на­ты и др.), кар­би­ды ($ce{SiC, MoC, WC}$ и др.

), бо­ри­ды ме­тал­лов ($ce{MB, MB2, MB6}$), нит­ри­ды ($ce{BN, AlN}$ и др.), суль­фи­ды ($ce{FeS, PbS, SiS2}$ и др.), си­ли­ци­ды ($ce{TiSi, NiSi2, ZrSi2}$ и др.), халь­ко­ге­ни­ды – по­ли­ме­ры на ос­но­ве $ce{Se, Te, S, As}$ ($ce{As2Se3, Sb2S3}$ и др.). К син­тетич. Н. п.

от­но­сят­ся по­лиф­то­руг­ле­ро­ды $(ce{C2F4})_n$, по­ли­кар­бо­циа­ны $(ce{CN})_n$, по­ли­фос­фо­нит­ри­лы (по­ли­фос­фа­зе­ны – по­ли­фос­фо­нит­рил­хло­рид $[ce{NPCl2}]_n$ и др.), по­ли­суль­фо­нит­ри­ды $(ce{SO2N})_n$, по­ли­тиа­зи­лы $(ce{SN})_n$ и др.

Н. п. об­ра­зу­ют раз­но­об­раз­ные про­стран­ст­вен­ные струк­ту­ры: ли­ней­ные $1 ext D$ ($ce{S_{n}, Se_{n}, Te_{n}, Bi2O3, BS2}$, по­ли­суль­фо­нит­ри­ды, по­лиф­то­руг­ле­ро­ды и др.

), лен­точ­ные ($ce{Sb2O3, As2O3, Si4O11, As2S3}$), раз­ветв­лён­ные ($ce{B2O3}$), пла­нар­ные $2 ext D$, трёх­мер­но хи­ми­че­ски свя­зан­ные $3 ext D$ (по­ли­ок­си­ды, $ce{MB6}$) це­пи, сфе­рич.

мак­ро­мо­ле­ку­лы (фул­ле­ре­ны), од­но- и мно­го­слой­ные труб­ки (уг­ле­род­ные, $ce{BN}$ и др.), хи­ми­че­ски свя­зан­ные в трёх из­ме­ре­ни­ях ико­са­эд­ры ($ce{B_{n}}$).

Н. п. прак­ти­че­ски всех клас­сов об­ла­да­ют $2 ext D$-струк­ту­ра­ми: по­ли­ок­си­ды ($ce{Nb2O5, MoO2}$ и др.), бо­ри­ды ($ce{MB2}$), нит­ри­ды ($ce{BN}$ и др.), суль­фи­ды ($ce{MoS2, TiS2}$ и др.), халь­ко­ге­ни­ды ($ce{As2S3}$ и др.), си­ли­ци­ды ($ce{CaSi2}$).

Слои $2 ext D$-по­ли­ме­ра мо­гут со­сто­ять из еди­ной мак­ро­мо­ле­ку­лы (гра­фит, $ce{BN}$, као­ли­нит, слю­ды, тальк и др.), ас­со­циа­тов ко­рот­ких оли­го­мер­ных це­пей (бё­мит, $ce{SiS2}$), ато­мов од­но­го ти­па ($ce{MgB2, CaSiO2, Bi2Ti3, Al2O3}$). Рас­стоя­ние ме­ж­ду слоя­ми со­став­ля­ет от 0,23 нм (бо­ри­ды) до 0,72–1,00 нм (као­ли­нит, тальк, слю­ды).

Вве­де­ние в меж­слое­вое про­стран­ст­во (ин­тер­ка­ли­ро­ва­ние) ато­мов, ио­нов или мо­ле­кул др. веще­ст­ва ме­ня­ет ха­рак­те­ри­сти­ки Н. п., при­да­вая им ка­та­ли­тич., элек­тро­фи­зич. и др. свой­ст­ва. Не­ко­то­рые Н. п. об­ра­зуют ал­ло­троп­ные $2 ext D$- и $3 ext D$-фор­мы. Напр.

: $ce{C_{n}}$ – ал­маз, гра­фит, фул­ле­ре­ны; $ce{BN}$ – гра­фи­то­по­доб­ный $α$-$ce{BN}$, ал­ма­зо­по­доб­ный $β$-$ce{BN}$ – бо­ра­зон, ме­та­ста­биль­ный $γ$-$ce{BN}$. Энер­ге­ти­че­ски бо­лее вы­год­на $2 ext D$-фор­ма.

Н. п. мо­гут на­хо­дить­ся в кри­стал­лич. и стек­ло­об­раз­ном со­стоя­ни­ях, а так­же вклю­чать обе фа­зы. Про­цес­сы раз­мяг­че­ния опи­сы­ва­ют­ся темп-ра­ми плав­ле­ния ($T_{пл}$), стек­ло­ва­ния ($T_{с}$), раз­мяг­че­ния ($T_{р}$). Для Н. п.

вы­пол­ня­ют­ся со­отно­ше­ния: $T_{с}$ со­став­ля­ет ок. $0,7T_{пл}$ (в кель­ви­нах), а $T_{р}$ вы­ше $T_{с}$ на 30–60 °С. Темп-ры раз­мяг­че­ния Н. п. в осн. ле­жат в пре­де­лах от –30 °С до 2000 °С, од­на­ко эла­сто­ме­ры (кау­чу­ки) при­род­ных Н. п.

прак­ти­че­ски не встре­ча­ют­ся; са­мые низ­кие зна­че­ния $T_{с}$ для аморф­ной фа­зы $ce{S_{n}}$ и $ce{SeS}$ (–30 и –20 °С). Син­те­тич.

эла­сто­ме­ры име­ют бо­лее низ­кие зна­че­ния $T_{с}$ (–118 °С для по­ли­тио­кар­бо­нил­фто­ри­да $[ce{CF2S}]_n$), од­на­ко яв­ля­ют­ся хи­ми­че­ски не­ус­той­чи­вы­ми.

Плав­ле­ние $2 ext D$- и $3 ext D$-форм Н. п. со­про­во­ж­да­ет­ся де­ст­рук­ци­ей хи­мич. свя­зей с об­ра­зо­ва­ни­ем ли­ней­ных и раз­ветв­лён­ных це­пей с мень­ши­ми темп-ра­ми плав­ле­ния, чем ис­ход­ный по­ли­мер.

Плав­ле­ние ли­ней­ных по­ли­ме­ров свя­за­но с раз­ру­ше­ни­ем бо­лее сла­бых меж­мо­ле­ку­ляр­ных свя­зей ме­ж­ду це­пя­ми, по­это­му $T_{р}$ ли­ней­ных Н. п. су­ще­ст­вен­но ни­же. В не­ко­то­рых слу­ча­ях внутр. энер­гия взаи­мо­дей­ст­вий в Н. п.

столь вы­со­ка, что их де­ст­рук­ция про­ис­хо­дит рань­ше, чем плав­ле­ние.

Темп-ры плав­ле­ния по­ли­ок­си­дов 250–1600 °С, си­ли­ци­дов 1540–2400 °С, бо­ридов 1960–3080 °С, нит­ри­дов 1900–3300 °С, кар­би­дов 2700–3890 °С. Наи­бо­лее ту­го­плав­ким Н. п. яв­ля­ют­ся $ ext{HfC}$ ($T_{пл}$ 3890 °С); сплав 75% TaC и 25% $ ext{HfC}$ име­ет $T_{пл}$ ок. 4200 °С.

Ме­ха­нич. свой­ст­ва Н. п. варь­и­ру­ют­ся в ши­ро­ких пре­де­лах: проч­ность на сжа­тие дос­ти­га­ет 4,6 ГПа, на из­гиб 150–450 МПа, на рас­тя­же­ние до 300 МПа. Ряд твёр­до­сти Н. п.: ал­маз, нит­рид бо­ра, ок­сид алю­ми­ния (ко­рунд), ок­сид крем­ния (кварц), гипс, тальк.

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ные при­род­ные Н. п. – по­ли­ок­си­ды. Яв­ля­ют­ся ком­по­нен­та­ми глин, це­мен­тов, ки­сло­род­ной ке­ра­ми­ки. Ха­рак­те­ри­зу­ют­ся не­го­рю­че­стью, хи­мич., тер­мич. и ра­ди­ац.

ста­биль­но­стью, низ­кой уп­ру­го­стью па­ров рас­пла­вов, мяг­ки­ми ус­ло­вия­ми син­те­за, эко­ло­гич. безо­пас­но­стью. Хи­мич. мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние ор­га­нич.

со­еди­не­ния­ми с по­лу­че­ни­ем гиб­рид­ных по­ли­ме­ров по­зво­ля­ет синтезировать по­ли­ме­ры с мень­ши­ми темп-ра­ми раз­мяг­че­ния и из­ме­нять их свой­ст­ва. По­ли­ок­си­ды при­ме­ня­ют­ся в оп­ти­ке, строи­тель­ст­ве, бы­ту.

Кар­би­ды, бо­ри­ды, нит­ри­ды, си­ли­ци­ды ис­поль­зу­ют­ся как тер­мо­стой­кие ма­те­риа­лы. Халь­ко­ге­ни­ды на­хо­дят при­ме­не­ние в ка­че­ст­ве по­лу­про­вод­ни­ков. Из Н. п. по­лу­ча­ют во­лок­на ($ce{C, B, Al2O3, SiC}$, ба­зальт и др.) и во­лок­ни­стые ма­те­риа­лы (си­ли­ка­ты, као­лин, слю­да и др.

), ши­ро­ко при­ме­няе­мые в ком­по­зиц. и стро­ит. ма­те­риа­лах. Ряд Н. п., по­лу­чае­мых в ви­де низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных рас­тво­ри­мых в во­де по­ли­ме­ров (напр., си­ли­ка­ты на­трия – жид­кое стек­ло, алю­мо­фос­фа­ты), ис­поль­зу­ет­ся в строи­тель­ст­ве и бы­ту. Мо­но­эле­мент­ные Н. п.

на­хо­дят при­ме­не­ние в элек­тро­ни­ке, бы­ту, как кон­ст­рукц. ма­те­риа­лы.

Син­те­тич. Н. п., не­смот­ря на ряд не­обыч­ных свойств, не на­шли ши­ро­ко­го при­ме­не­ния вви­ду не­дос­та­точ­ной хи­мич. и тер­мич. ста­биль­но­сти; ис­клю­че­ние – по­лиф­то­руг­ле­ро­ды (об их при­ме­не­нии см. в ст. Теф­лон).

Источник: https://bigenc.ru/chemistry/text/2260533

Неорганические полимеры

jpg» width=»310″>

jpg» width=»310″>

Практический
интерес представляют линейные
неорганические полимеры, которые в
наиб. степени подобны органическим —
могут существовать в тех же фазовых,
агрегатных или релаксационных состояниях,
образовывать аналогичные надмол.
структуры и т.п. Такие неорганические полимеры могут
быть термостойкими каучуками, стеклами,
волокнообразующими и т.п.

, а также
проявлять ряд св-в, уже не присущих
орг. полимерам. К ним относятся полифосфазены,
полимерные оксиды серы (с разными
боковыми группами), фосфаты, силикаты.

Переработка
неорганических полимеров в стекла,
волокна, ситаллы, керамику и т.
п. требует плавления, а оно, как
правило, сопровождается
обратимойдеполимеризацией. Поэтому
используют обычно модифицирующие добавки,
позволяющие стабилизировать
в расплавах умеренно разветвленные
структуры.

Силиконы

Вы
уже раньше встречали неорганические
полимеры; если не на этих страницах, то
по крайней мере, в повседневной жизни
вы, вероятно, уже видели
где-нибудь силиконовый полимер.
Силиконы являются одним из наиболее
часто встречающихся неорганических
полимеров. Они выглядят вот так:

На
самом деле их следует называть полисилоксанами.
Связь между атомами кремния и кислорода
очень прочная, но очень гибкая. Поэтому
силиконы могут выдерживать высокие
температуры, не разлагаясь при этом, но
у них очень низкие температуры
стеклования. Вам, наверное, прежде
где-нибудь уже приходилось
встречать резину или
замазку, сделанную из силиконов.

Полисиланы

Было
потрачено немало времени для того, чтобы
это произошло, но атомы кремния все-таки
были выстроены в длинные полимерные
цепочки. Уже где-то в 20-е или 30-е годы
двадцатого века химики начали догадываться,
что органические полимеры сделаны из
длинных углеродных цепочек, но серьезные
исследования полисиланов не были
проведены вплоть до конца семидесятых
годов.

Ранее,
в 1949 году, в то самое время, когда писатель
Курт Воннегут работал в отделе компании
Дженерал Электрик по связям с
общественностью, К. А. Буркхард (C.A.
Burkhard) работал в отделе исследования и
развития той же фирмы. Он изобрел
полисилан под названием полидиметилсилан,
но это вещество ни на что не годилось.
Оно выглядело вот так:

Оно
образовывало кристаллы,
которые были столь прочными, что ничто
не могло растворить их. Буркхард пытался
нагреть их, но они не плавились при
температурах ниже 250 oC,
При более высокой температуре они
разлагались, так и не расплавивишись.
Это делало полидиметилсилан довольно
бесполезным. Получено это вещество было
при реакции металлического натрия с
дихлордиметилсиланом вот так:

Это
важно, поскольку в семидесятых годах
двадцатого века некоторые ученые начали
понимать, как делать маленькие молекулы
из атомов кремния. Так, сами того не
ожидая, они сделали нечто очень похожее
на то, что ранее сделал Буркхард.

Они
заставили металлический натрий
взаимодействовать с дихлордиметилсиланом,
но они также добавили к этой смеси
некоторое количество дихлорметилфенилсилана.
И угадайте, что произошло? Я дам вам
подсказку: они не получили нужные им
структуры.

То, что у них вышло, было вот
таким сополимером:

Возможно,
более понятно станет, если нарисовать
этот сополимер вот таким образом:

Видите
ли, эти фенильные группы начинают
мешаться, когда полимер пытается
кристаллизоваться, поэтому такому
веществу в меньшей степени присущи
кристаллические свойства, чем
полидиметилсилану. Это значит, что оно
растворимо и его можно обрабатывать,
преобразовывать и изучать.

Ну,
и на что же эти вещества годятся?
Полисиланы интересны, поскольку они
могут проводить электрический ток.

Разумеется, не так хорошо, как медь, но
гораздо лучше, чем вы могли бы ожидать
от полимера, и это достойно исследования.
Они также весьма термостойки, их можно
нагревать почти до 300 oC.

Но если вы
нагреете их до гораздо более высоких
температур, то вы можете получить из
них карбид кремния, который является
полезным абразивным материалом.

Источник: https://studfile.net/preview/5881422/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector