Anorganische Polymere: Beispiele und Anwendungen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

In der Natur gibt es Organoelemente, organische und anorganische Polymere. Anorganische Materialien umfassen Materialien, deren Hauptkette anorganisch ist und deren Seitenzweige keine Kohlenwasserstoffreste sind. Elemente der Gruppen III-VI des Periodensystems der chemischen Elemente neigen am stärksten zur Bildung von Polymeren anorganischen Ursprungs.

Klassifizierung

Organische und anorganische Polymere werden aktiv untersucht, ihre neuen Eigenschaften werden bestimmt, daher wurde noch keine klare Klassifizierung dieser Materialien entwickelt. Allerdings lassen sich bestimmte Gruppen von Polymeren unterscheiden.

Je nach Struktur:

• linear;
• flat;
• verzweigt;
• Polymernetze;
• dreidimensional und andere.

Abhängig von den Rückgratatomen, aus denen das Polymer besteht:

• Homokettentyp (-M-)n – bestehen aus einer Art von Atomen;
• heterochain-Typ(-M-L-)n - bestehen aus verschiedenen Arten von Atomen.

Abhängig von der Herkunft:

• natürlich;
• künstlich.

Um Stoffe, die im festen Zustand Makromoleküle sind, als anorganische Polymere zu klassifizieren, müssen sie auch eine gewisse Anisotropie der räumlichen Struktur und entsprechende Eigenschaften aufweisen.

Hauptmerkmale

Häufiger sind Heterokettenpolymere, bei denen ein Wechsel von elektropositiven und elektronegativen Atomen auftritt, zum Beispiel B und N, P und N, Si und O. Anorganische Heterokettenpolymere (NP) lassen sich durch Polykondensationsreaktionen erh alten. Die Polykondensation von Oxoanionen wird in einem sauren Medium beschleunigt, während die Polykondensation von hydratisierten Kationen in einem alkalischen Medium beschleunigt wird. Die Polykondensation kann sowohl in Lösung als auch in Feststoffen bei hoher Temperatur durchgeführt werden.

Viele heterokettige anorganische Polymere lassen sich nur unter Bedingungen der Hochtemperatursynthese gewinnen, zB direkt aus einfachen Stoffen. Die Bildung von Carbiden, die Polymerkörper sind, tritt auf, wenn bestimmte Oxide mit Kohlenstoff interagieren, sowie in Gegenwart hoher Temperaturen.

Lange Homokettenketten (mit Polymerisationsgrad n>100) bilden Kohlenstoff und p-Elemente der Gruppe VI: Schwefel, Selen, Tellur.

Anorganische Polymere: Beispiele und Anwendungen

Die Besonderheit von NP liegt in der Bildungpolymere kristalline Körper mit einer regelmäßigen dreidimensionalen Struktur aus Makromolekülen. Das Vorhandensein eines starren Gerüsts aus chemischen Bindungen verleiht solchen Verbindungen eine beträchtliche Härte.

Diese Eigenschaft ermöglicht es, anorganische Polymere als Schleifmittel einzusetzen. Die Verwendung dieser Materialien hat die breiteste Anwendung in der Industrie gefunden.

Die außergewöhnliche chemische und thermische Beständigkeit von NP ist ebenfalls eine wertvolle Eigenschaft. Beispielsweise sind Verstärkungsfasern aus organischen Polymeren bis zu einer Temperatur von 150-220 ˚C an der Luft stabil. Inzwischen bleiben Borfasern und ihre Derivate bis zu einer Temperatur von 650 ˚С stabil. Deshalb sind anorganische Polymere vielversprechend für die Schaffung neuer chemisch- und hitzebeständiger Materialien.

Praktischer Wert ist auch von NP, die beide in ihren Eigenschaften denen von organischen ähneln und ihre spezifischen Eigenschaften beibeh alten. Dazu gehören Phosphate, Polyphosphazene, Silikate, polymere Schwefeloxide mit verschiedenen Seitengruppen.

Kohlenstoffpolymere

Aufgabe: „Nenne Beispiele für anorganische Polymere“, oft zu finden in Chemielehrbüchern. Es ist ratsam, dies mit der Erwähnung der herausragendsten NP-Kohlenstoffderivate durchzuführen. Schließlich gehören dazu Materialien mit einzigartigen Eigenschaften: Diamanten, Graphit und Karabiner.

Carbine ist ein künstlich hergestelltes, wenig untersuchtes lineares Polymer mit unübertroffenen Festigkeitsindikatoren, die jedoch laut einer Reihe von Studien nicht unterlegen sind undGraphen überlegen. Karabiner ist jedoch eine mysteriöse Substanz. Schließlich erkennen nicht alle Wissenschaftler seine Existenz als eigenständiges Material an.

Äußerlich sieht es aus wie ein metallkristallines schwarzes Pulver. Es hat Halbleitereigenschaften. Die elektrische Leitfähigkeit von Carbin steigt unter Lichteinwirkung deutlich an. Diese Eigenschaften verliert es auch bei Temperaturen bis zu 5000 ˚С nicht, was viel höher ist als bei anderen Materialien für diesen Zweck. Das Material wurde in den 60er Jahren von V. V. Korshak, A. M. Sladkov, W. I. Kasatochkin und Yu. P. Kudryavtsev durch katalytische Oxidation von Acetylen. Am schwierigsten war es, die Art der Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen zu bestimmen. Anschließend wurde am Institut für Elementorganische Verbindungen der Akademie der Wissenschaften der UdSSR eine Substanz mit nur Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen erh alten. Die neue Verbindung wurde Polycumulene genannt.

Graphit - in diesem Material erstreckt sich die Polymerordnung nur in der Ebene. Seine Schichten sind nicht durch chemische Bindungen verbunden, sondern durch schwache intermolekulare Wechselwirkungen, sodass es Wärme und Strom leitet und kein Licht durchlässt. Graphit und seine Derivate sind ziemlich verbreitete anorganische Polymere. Anwendungsbeispiele: vom Bleistift bis zur Nuklearindustrie. Durch Oxidation von Graphit können Oxidationszwischenprodukte erh alten werden.

Diamant - seine Eigenschaften sind grundlegend anders. Diamant ist ein räumliches (dreidimensionales) Polymer. Alle Kohlenstoffatome werden durch starke kovalente Bindungen zusammengeh alten. Denn dieses Polymer ist extrem langlebig. Diamant leitet weder Strom noch Wärme, hat eine transparente Struktur.

Borpolymere

Wenn Sie gefragt werden, welche anorganischen Polymere Sie kennen, können Sie gerne antworten - Borpolymere (-BR-). Dies ist eine ziemlich umfangreiche Klasse von NPs, die in Industrie und Wissenschaft weit verbreitet ist.

Borcarbid - seine Formel sieht richtiger so aus (B12C3) n. Seine Einheitszelle ist rhomboedrisch. Das Gerüst wird von zwölf kovalent gebundenen Boratomen gebildet. Und in der Mitte befindet sich eine lineare Gruppe aus drei kovalent gebundenen Kohlenstoffatomen. Das Ergebnis ist eine sehr starke Struktur.

Boride - ihre Kristalle werden ähnlich wie die oben beschriebenen Carbide gebildet. Das stabilste davon ist HfB2, das erst bei 3250 °C schmilzt. TaB2 zeichnet sich durch höchste chemische Beständigkeit aus – weder Säuren noch deren Gemische wirken darauf ein.

Bornitrid - wegen seiner Ähnlichkeit oft als weißer Talk bezeichnet. Diese Ähnlichkeit ist wirklich nur oberflächlich. Strukturell ähnelt es Graphit. Erh alten Sie es, indem Sie Bor oder sein Oxid in einer Ammoniakatmosphäre erhitzen.

Borazon

Elbor, Borazon, Cyborit, Kingsongit, Cubonit sind superharte anorganische Polymere. Anwendungsbeispiele: Herstellung von Schleifscheiben, Schleifmittel, Metallverarbeitung. Dies sind chemisch inerte Substanzen auf der Basis von Bor. Härte ist Diamanten näher als andere Materialien. Insbesondere Borazon hinterlässt Kratzer auf Diamanten, letzteres hinterlässt auch Kratzer auf Borazonkristallen.

Allerdings haben diese ND mehrere Vorteile gegenüber natürlichen Diamanten: Sie haben eine größereHitzebeständigkeit (Temperaturen bis zu 2000 ° C standh alten, Diamant wird mit Raten im Bereich von 700-800 ° C zerstört) und hohe Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung (sie sind nicht so zerbrechlich). Borazon wurde 1957 von Robert Wentorf bei einer Temperatur von 1350 °C und einem Druck von 62.000 Atmosphären erh alten. Ähnliche Materialien wurden 1963 von Leningrader Wissenschaftlern beschafft.

Anorganische Schwefelpolymere

Homopolymer - diese Schwefelmodifikation hat ein lineares Molekül. Die Substanz ist nicht stabil, bei Temperaturschwankungen zerfällt sie in oktaedrische Zyklen. Es entsteht bei starker Abkühlung der Schwefelschmelze.

Polymermodifikation von Schwefeldioxid. Asbest sehr ähnlich, hat eine faserige Struktur.

Selenpolymere

Graues Selen ist ein Polymer mit helikalen linearen Makromolekülen, die parallel verschachtelt sind. In Ketten sind Selenatome kovalent gebunden, während Makromoleküle durch molekulare Bindungen verbunden sind. Selbst geschmolzenes oder gelöstes Selen zerfällt nicht in einzelne Atome.

Rotes oder amorphes Selen ist ebenfalls ein Polymer einer Kette, aber mit einer leicht geordneten Struktur. Im Temperaturbereich von 70-90 ˚С nimmt es gummiartige Eigenschaften an und geht in einen hochelastischen Zustand über, der organischen Polymeren ähnelt.

Selencarbid oder Bergkristall. Thermisch und chemisch stabiler, ausreichend starker räumlicher Kristall. Piezoelektrik und Halbleiter. Unter künstlichen Bedingungen wurde es durch Reaktion von Quarzsand und Kohle in einem Elektroofen bei einer Temperatur von etwa 2000 ° C gewonnen.

Andere Selenpolymere:

• MonoklinSelen - geordneter als amorphes Rot, aber schlechter als Grau.
• Selendioxid oder (SiO2)n ist ein dreidimensionales Netzwerkpolymer.
• Asbest ist ein Polymer aus Selenoxid mit einer faserigen Struktur.

Phosphorpolymere

Es gibt viele Modifikationen von Phosphor: weiß, rot, schwarz, braun, lila. Rot - NP feinkristalline Struktur. Es wird durch Erhitzen von weißem Phosphor ohne Luft bei einer Temperatur von 2500 ˚С erh alten. Schwarzer Phosphor wurde von P. Bridgman unter den folgenden Bedingungen erh alten: Druck 200.000 Atmosphären bei einer Temperatur von 200 °C.

Phosphornitridchloride sind Verbindungen des Phosphors mit Stickstoff und Chlor. Die Eigenschaften dieser Stoffe ändern sich mit zunehmender Masse. Ihre Löslichkeit in organischen Substanzen nimmt nämlich ab. Wenn das Molekulargewicht des Polymers mehrere tausend Einheiten erreicht, wird eine gummiartige Substanz gebildet. Es ist der einzige ausreichend hitzebeständige kohlenstofffreie Gummi. Es zerfällt erst bei Temperaturen über 350 °C.

Schlussfolgerung

Anorganische Polymere sind meist Substanzen mit einzigartigen Eigenschaften. Sie werden in der Produktion, im Bauwesen, für die Entwicklung innovativer und sogar revolutionärer Materialien eingesetzt. Da die Eigenschaften bekannter NPs untersucht und neue geschaffen werden, erweitert sich der Umfang ihrer Anwendung.