البوليمرات غير العضوية: أمثلة وتطبيقات

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

في الطبيعة ، توجد بوليمرات عضوية وعضوية وغير عضوية. تشمل المواد غير العضوية المواد التي تكون سلسلتها الرئيسية غير عضوية ، والفروع الجانبية ليست جذور هيدروكربونية. عناصر مجموعات III-VI من النظام الدوري للعناصر الكيميائية هي الأكثر عرضة لتشكيل بوليمرات من أصل غير عضوي.

التصنيف

تتم دراسة البوليمرات العضوية وغير العضوية بنشاط ، ويتم تحديد خصائصها الجديدة ، لذلك لم يتم تطوير تصنيف واضح لهذه المواد بعد. ومع ذلك ، يمكن التمييز بين مجموعات معينة من البوليمرات.

اعتمادًا على الهيكل:

• خطي ؛
• شقة ؛
• متفرعة ؛
• شبكات البوليمر ؛
• ثلاثي الابعاد و غيرها

اعتمادًا على ذرات العمود الفقري التي يتكون منها البوليمر:

• نوع homochain (-M-) n - تتكون من نوع واحد من الذرات ؛
• نوع heterochain(-M-L-) n - تتكون من أنواع مختلفة من الذرات.

اعتمادًا على الأصل:

• طبيعي ؛
• اصطناعي

لتصنيف المواد التي هي جزيئات كبيرة في الحالة الصلبة على أنها بوليمرات غير عضوية ، يجب أيضًا أن يكون لها تباين معين في التركيب المكاني والخصائص المقابلة.

الميزات الرئيسية

الأكثر شيوعًا هي البوليمرات غير المتجانسة ، حيث يحدث تناوب الذرات الكهربية الإيجابية والذرات الكهربية ، على سبيل المثال ، B و N و P و N و Si و O. يمكن الحصول على بوليمرات غير عضوية غير متجانسة (NP) باستخدام تفاعلات التكثيف المتعدد. يتم تسريع التكثيف المتعدد للأوكسونات في وسط حمضي ، بينما يتم تسريع التكثيف المتعدد للكاتيونات المميعة في وسط قلوي. يمكن إجراء التكاثف المتعدد في كل من المحلول والمواد الصلبة في وجود درجة حرارة عالية.

لا يمكن الحصول على العديد من البوليمرات غير العضوية غير المتجانسة إلا في ظل ظروف تخليق عالي الحرارة ، على سبيل المثال ، مباشرة من مواد بسيطة. يحدث تكوين الكربيدات ، وهي أجسام بوليمرية ، عندما تتفاعل أكاسيد معينة مع الكربون ، وكذلك في وجود درجة حرارة عالية.

سلاسل متجانسة طويلة (بدرجة البلمرة n>100) تشكل الكربون وعناصر المجموعة السادسة: الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم.

البوليمرات غير العضوية: أمثلة وتطبيقات

تكمن خصوصية NP في التعليمأجسام بلورية بوليمرية ذات هيكل ثلاثي الأبعاد منتظم للجزيئات الكبيرة. يوفر وجود إطار صلب من الروابط الكيميائية صلابة كبيرة لمثل هذه المركبات.

تتيح هذه الخاصية استخدام البوليمرات غير العضوية كمواد كاشطة. وجد استخدام هذه المواد أوسع تطبيق في الصناعة.

المقاومة الكيميائية والحرارية الاستثنائية لـ NP هي أيضًا خاصية قيمة. على سبيل المثال ، ألياف التسليح المصنوعة من البوليمرات العضوية تكون مستقرة في الهواء حتى درجة حرارة 150-220 درجة مئوية. وفي الوقت نفسه ، تظل ألياف البورون ومشتقاتها مستقرة حتى درجة حرارة 650 درجة مئوية. هذا هو السبب في أن البوليمرات غير العضوية واعدة لإنتاج مواد جديدة كيميائية ومقاومة للحرارة.

القيمة العملية هي أيضًا لـ NP ، وكلاهما قريب من الخصائص العضوية ، ويحتفظ بخصائصهما المحددة. وتشمل هذه الفوسفات ، متعدد الفوسفات ، السيليكات ، أكاسيد الكبريت البوليمرية مع مجموعات جانبية مختلفة.

بوليمرات الكربون

الواجب: "أعط أمثلة على البوليمرات غير العضوية" ، التي توجد غالبًا في كتب الكيمياء المدرسية. يُنصح بتنفيذها مع ذكر أبرز مشتقات الكربون NP. بعد كل شيء ، هذا يشمل مواد ذات خصائص فريدة: الماس والجرافيت والكاربين.

Carbine عبارة عن بوليمر خطي تم إنشاؤه بشكل مصطنع ولم يتم دراسته جيدًا مع مؤشرات قوة غير مسبوقة ليست أقل شأناً ، ولكن وفقًا لعدد من الدراسات ومتفوقة على الجرافين. ومع ذلك ، فإن كاربين مادة غامضة. بعد كل شيء ، لا يدرك جميع العلماء وجودها كمادة مستقلة.

ظاهريًا يشبه مسحوق أسود بلوري معدني. لها خصائص أشباه الموصلات. تزداد الموصلية الكهربائية للكاربين بشكل كبير تحت تأثير الضوء. لا تفقد هذه الخصائص حتى عند درجات حرارة تصل إلى 5000 درجة مئوية ، وهي أعلى بكثير من المواد الأخرى لهذا الغرض. تم استلام المادة في الستينيات من قبل V. V. كورشاك ، أ.م. سلادكوف ، ف. كاساتوتشكين ويو. كودريافتسيف عن طريق الأكسدة التحفيزية للأسيتيلين. كان أصعب شيء هو تحديد نوع الروابط بين ذرات الكربون. بعد ذلك ، تم الحصول على مادة ذات روابط مزدوجة فقط بين ذرات الكربون في معهد مركبات العناصر العضوية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. تم تسمية المركب الجديد polycumulene.

الجرافيت - في هذه المادة يمتد ترتيب البوليمر في المستوى فقط. لا ترتبط طبقاته بالروابط الكيميائية ، ولكن من خلال تفاعلات ضعيفة بين الجزيئات ، لذلك فهي توصل الحرارة والتيار ولا تنقل الضوء. يعتبر الجرافيت ومشتقاته بوليمرات غير عضوية شائعة إلى حد ما. أمثلة على استخدامها: من أقلام الرصاص إلى الصناعة النووية. عن طريق أكسدة الجرافيت ، يمكن الحصول على منتجات أكسدة وسيطة.

الماس - تختلف خصائصه اختلافًا جوهريًا. الماس بوليمر مكاني (ثلاثي الأبعاد). جميع ذرات الكربون مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية قوية. لأن هذا البوليمر متين للغاية. الماس لا يوصل التيار والحرارة ، له هيكل شفاف.

بوليمرات البورون

إذا سئلت عن البوليمرات غير العضوية التي تعرفها ، فلا تتردد في الإجابة - بوليمرات البورون (-BR-). هذه فئة واسعة إلى حد ما من NPs ، وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة والعلوم.

كربيد البورون - تبدو صيغته أكثر صحة مثل هذا (B12C3) ن. خلية الوحدة الخاصة بها هي شكل معين. يتكون الإطار من اثنتي عشرة ذرة بورون مرتبطة تساهميًا. وفي منتصفها مجموعة خطية من ثلاث ذرات كربون مرتبطة تساهميًا. والنتيجة هيكل قوي جدا

بوريدات - تتشكل بلوراتها بشكل مشابه للكربيد الموصوف أعلاه. أكثرها استقرارًا هو HfB2 ، الذي يذوب فقط عند 3250 درجة مئوية. تمت الإشارة إلى TaB2 لأعلى مقاومة كيميائية - لا تعمل الأحماض ولا مخاليطها عليه.

نيتريد البورون - غالبًا ما يشار إليه باسم التلك الأبيض لتشابهه. هذا التشابه هو في الحقيقة سطحي فقط. من الناحية الهيكلية ، فهي تشبه الجرافيت. احصل عليه عن طريق تسخين البورون أو أكسيده في جو من الأمونيا.

بورازون

Elbor ، borazone ، cyborite ، kingsongite ، cubonite عبارة عن بوليمرات غير عضوية فائقة الصلابة. أمثلة على تطبيقها: تصنيع عجلات الطحن ، المواد الكاشطة ، معالجة المعادن. هذه مواد خاملة كيميائيًا تعتمد على البورون. صلابة أقرب من المواد الأخرى إلى الماس. على وجه الخصوص ، يترك البورازون خدوشًا على الماس ، كما يترك الأخير خدوشًا على بلورات البورازون.

ومع ذلك ، فإن هذه ND لها العديد من المزايا على الماس الطبيعي: لديهم أكبرمقاومة الحرارة (تحمل درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية ، يتم تدمير الماس بمعدلات في حدود 700-800 درجة مئوية) ومقاومة عالية للإجهاد الميكانيكي (فهي ليست هشة للغاية). تم الحصول على البورازون عند درجة حرارة 1350 درجة مئوية وضغط 62000 من الغلاف الجوي بواسطة روبرت وينتورف في عام 1957. تم الحصول على مواد مماثلة من قبل علماء لينينغراد في عام 1963.

بوليمرات كبريتية غير عضوية

Homopolymer - هذا التعديل للكبريت له جزيء خطي. المادة غير مستقرة ، مع تقلبات درجات الحرارة ، فإنها تتفكك إلى دورات ثماني السطوح. يتكون في حالة التبريد الحاد لذوبان الكبريت.

تعديل البوليمر لثاني أكسيد الكبريت. تشبه إلى حد بعيد الأسبستوس ، ولها بنية ليفية.

بوليمرات السيلينيوم

السيلينيوم الرمادي هو بوليمر به جزيئات كبيرة حلزونية خطية متداخلة على التوازي. في السلاسل ، ترتبط ذرات السيلينيوم تساهميًا ، بينما ترتبط الجزيئات الكبيرة بروابط جزيئية. حتى السيلينيوم المنصهر أو المذاب لا يتحلل إلى ذرات منفردة.

السلينيوم الأحمر أو غير المتبلور هو أيضًا بوليمر من سلسلة ، لكن له بنية مرتبة قليلاً. في نطاق درجة حرارة 70-90 درجة مئوية ، يكتسب خصائص شبيهة بالمطاط ، ويتحول إلى حالة عالية المرونة تشبه البوليمرات العضوية.

كربيد السيلينيوم ، أو الكريستال الصخري. مستقر حرارياً وكيميائياً ، بلور مكاني قوي بدرجة كافية. الكهرباء الانضغاطية وأشباه الموصلات. في ظل ظروف اصطناعية ، تم الحصول عليها عن طريق تفاعل رمل الكوارتز والفحم في فرن كهربائي عند درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية

بوليمرات السيلينيوم الأخرى:

• أحادي الميلالسيلينيوم - مرتب أكثر من الأحمر غير المتبلور ، ولكنه أدنى من اللون الرمادي.
• ثاني أكسيد السيلينيوم ، أو (SiO2) n ، عبارة عن بوليمر شبكي ثلاثي الأبعاد.
• الأسبستوس هو بوليمر من أكسيد السيلينيوم له بنية ليفية.

بوليمرات الفوسفور

هناك العديد من التعديلات على الفسفور: أبيض ، أحمر ، أسود ، بني ، بنفسجي. الأحمر - هيكل بلوري دقيق NP. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الفسفور الأبيض بدون هواء عند درجة حرارة 2500 درجة مئوية. حصل P. Bridgman على الفوسفور الأسود في الظروف التالية: ضغط 200000 الغلاف الجوي عند درجة حرارة 200 درجة مئوية

كلوريد الفوسفور نيتريد مركبات الفوسفور مع النيتروجين والكلور. تتغير خصائص هذه المواد مع زيادة الكتلة. وهي تقلص قابليتها للذوبان في المواد العضوية. عندما يصل الوزن الجزيئي للبوليمر إلى عدة آلاف من الوحدات ، تتشكل مادة مطاطية. إنه المطاط الوحيد الخالي من الكربون المقاوم للحرارة بدرجة كافية. يتحلل فقط عند درجات حرارة أعلى من 350 درجة مئوية

الخلاصة

البوليمرات غير العضوية هي في الغالب مواد ذات خصائص فريدة. يتم استخدامها في الإنتاج ، في البناء ، لتطوير مواد مبتكرة وحتى ثورية. مع دراسة خصائص NPs المعروفة وإنشاء أخرى جديدة ، يتوسع نطاق تطبيقها.