โพลีเมอร์อนินทรีย์: ตัวอย่างและการใช้งาน

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ในธรรมชาติมีออร์แกนิก โพลีเมอร์อินทรีย์และอนินทรีย์ วัสดุอนินทรีย์รวมถึงวัสดุที่มีสายโซ่หลักเป็นอนินทรีย์และกิ่งด้านข้างไม่ใช่อนุมูลไฮโดรคาร์บอน องค์ประกอบของกลุ่ม III-VI ของระบบธาตุเคมีเป็นระยะมีแนวโน้มที่จะเกิดโพลีเมอร์ที่มีแหล่งกำเนิดอนินทรีย์มากที่สุด

การจำแนก

โพลีเมอร์อินทรีย์และอนินทรีย์กำลังอยู่ในระหว่างการศึกษาอย่างจริงจัง กำลังกำหนดคุณลักษณะใหม่ ดังนั้นจึงยังไม่มีการจำแนกประเภทที่ชัดเจนของวัสดุเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม โพลีเมอร์บางกลุ่มสามารถแยกแยะได้

ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง:

• เชิงเส้น
• แบน;
• สาขา;
• ตาข่ายโพลีเมอร์;
• สามมิติและอื่นๆ

ขึ้นอยู่กับอะตอมของกระดูกสันหลังที่ประกอบเป็นโพลีเมอร์:

• homochain type (-M-)n – ประกอบด้วยอะตอมชนิดหนึ่ง;
• ประเภทเฮเทอโรเชน(-M-L-)n - ประกอบด้วยอะตอมประเภทต่างๆ

ขึ้นอยู่กับต้นทาง:

• ธรรมชาติ;
• เทียม

ในการจำแนกสารที่เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ในสถานะของแข็งเป็นพอลิเมอร์อนินทรีย์ พวกมันจะต้องมีแอนไอโซโทรปีบางอย่างของโครงสร้างเชิงพื้นที่และคุณสมบัติที่สอดคล้องกัน

คุณสมบัติหลัก

พบได้บ่อยกว่านั้นคือพอลิเมอร์เฮเทอโรเชน ซึ่งเกิดการสลับของอะตอมอิเล็กโตรโพซิทีฟและอิเล็กโตรเนกาทีฟ เช่น B และ N, P และ N, Si และ O รับพอลิเมอร์อนินทรีย์เฮเทอโรเชน (NP) สามารถใช้ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันได้ Polycondensation ของ oxoanions จะถูกเร่งในตัวกลางที่เป็นกรด ในขณะที่การควบแน่นของ polycondensation ของไฮเดรต cations จะถูกเร่งในตัวกลางที่เป็นด่าง การควบแน่นสามารถทำได้ทั้งในสารละลายและในของแข็งที่มีอุณหภูมิสูง

โพลีเมอร์อนินทรีย์เฮเทอโรเชนจำนวนมากสามารถรับได้ภายใต้สภาวะของการสังเคราะห์ที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น โดยตรงจากสารธรรมดา การก่อตัวของคาร์ไบด์ซึ่งเป็นตัวโพลีเมอร์เกิดขึ้นเมื่อออกไซด์บางชนิดทำปฏิกิริยากับคาร์บอนรวมทั้งในที่ที่มีอุณหภูมิสูง

โซ่โฮโมเชนแบบยาว (มีดีกรีของโพลิเมอไรเซชัน n>100) ก่อรูปคาร์บอนและหมู่ VI p-elements: กำมะถัน ซีลีเนียม เทลลูเรียม

โพลีเมอร์อนินทรีย์: ตัวอย่างและการใช้งาน

ความจำเพาะของ NP อยู่ที่การศึกษาตัวผลึกโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างสามมิติปกติของโมเลกุลขนาดใหญ่ การปรากฏตัวของพันธะเคมีที่เข้มงวดทำให้สารประกอบดังกล่าวมีความแข็งอย่างมีนัยสำคัญ

คุณสมบัตินี้ทำให้สามารถใช้โพลีเมอร์อนินทรีย์เป็นวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้ การใช้วัสดุเหล่านี้พบการใช้งานที่กว้างที่สุดในอุตสาหกรรม

การทนต่อสารเคมีและความร้อนที่ยอดเยี่ยมของ NP ก็เป็นคุณสมบัติที่มีค่าเช่นกัน ตัวอย่างเช่น เส้นใยเสริมแรงที่ทำจากโพลีเมอร์อินทรีย์มีความเสถียรในอากาศจนถึงอุณหภูมิ 150-220 ˚C ในขณะเดียวกัน เส้นใยโบรอนและอนุพันธ์ของมันยังคงเสถียรจนถึงอุณหภูมิ 650 ˚С นั่นคือเหตุผลที่พอลิเมอร์อนินทรีย์มีแนวโน้มจะสร้างวัสดุที่ทนความร้อนและเคมีได้ใหม่

ค่าที่ใช้งานได้จริงก็มาจาก NP เช่นกัน ซึ่งมีทั้งคุณสมบัติใกล้เคียงกับสารอินทรีย์และคงคุณสมบัติเฉพาะของพวกมันไว้ เหล่านี้รวมถึงฟอสเฟต โพลีฟอสฟาซีน ซิลิเกต โพลีเมอร์ซัลเฟอร์ออกไซด์ที่มีกลุ่มข้างเคียงต่างๆ

คาร์บอนโพลีเมอร์

การมอบหมาย: “ยกตัวอย่างของโพลีเมอร์อนินทรีย์” ซึ่งมักพบในหนังสือเรียนวิชาเคมี ขอแนะนำให้ดำเนินการด้วยการกล่าวถึงอนุพันธ์ NP - คาร์บอนที่โดดเด่นที่สุด รวมถึงวัสดุที่มีลักษณะเฉพาะ: เพชร กราไฟต์ และปืนสั้น

คาร์ไบน์เป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นที่สร้างขึ้นโดยเทียมและมีการศึกษาน้อย โดยมีตัวบ่งชี้ความแข็งแกร่งที่ไม่มีใครเทียบได้ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่า แต่จากการศึกษาจำนวนหนึ่งและเหนือกว่ากราฟีน อย่างไรก็ตาม ปืนสั้นเป็นสารลึกลับ ท้ายที่สุด ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่รับรู้ถึงการมีอยู่ของมันว่าเป็นวัสดุอิสระ

ภายนอกดูเหมือนผงโลหะสีดำผลึก มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ค่าการนำไฟฟ้าของคาร์ไบน์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากภายใต้การกระทำของแสง มันไม่สูญเสียคุณสมบัติเหล่านี้แม้ที่อุณหภูมิสูงถึง 5,000 ˚Сซึ่งสูงกว่าวัสดุอื่นเพื่อจุดประสงค์นี้มาก ได้รับวัสดุในยุค 60 โดย V. V. Korshak, น. Sladkov, V. I. Kasatochkin และ Yu. P. Kudryavtsev โดยตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของอะเซทิลีน สิ่งที่ยากที่สุดคือการกำหนดประเภทของพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน ต่อจากนั้นได้รับสารที่มีพันธะคู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอนที่สถาบันสารประกอบออร์กาโนอิเลเมนต์ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต สารประกอบใหม่นี้มีชื่อว่าโพลิคิวมูลีน

กราไฟท์ - ในวัสดุนี้ การสั่งซื้อโพลีเมอร์จะขยายในระนาบเท่านั้น ชั้นของมันไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี แต่ด้วยปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอ ดังนั้นจึงนำความร้อนและกระแสไฟและไม่ส่งผ่านแสง กราไฟท์และอนุพันธ์ของมันเป็นพอลิเมอร์อนินทรีย์ทั่วไป ตัวอย่างการใช้งาน: ตั้งแต่ดินสอไปจนถึงอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ โดยการออกซิไดซ์กราไฟต์ จะได้ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันขั้นกลาง

Diamond - คุณสมบัติของมันแตกต่างกันโดยพื้นฐาน เพชรเป็นพอลิเมอร์เชิงพื้นที่ (สามมิติ) อะตอมของคาร์บอนทั้งหมดถูกยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะโควาเลนต์ที่แรง เพราะพอลิเมอร์นี้มีความทนทานอย่างยิ่ง เพชรไม่นำกระแสและความร้อน มีโครงสร้างโปร่งใส

โบรอนโพลีเมอร์

ถ้าคุณถูกถามว่าคุณรู้จักโพลีเมอร์อนินทรีย์อะไร ตอบได้เลย - โบรอนโพลีเมอร์ (-BR-) นี่เป็นคลาส NP ที่ค่อนข้างกว้างขวาง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์

โบรอนคาร์ไบด์ - สูตรของมันดูเหมือนถูกต้องกว่านี้ (B12C3) n. เซลล์ของมันคือรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน เฟรมเวิร์กนี้ประกอบด้วยอะตอมโบรอนที่มีพันธะโควาเลนต์สิบสองอะตอม และตรงกลางของมันคือกลุ่มเชิงเส้นของอะตอมคาร์บอนพันธะโควาเลนต์สามอะตอม ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างที่แข็งแรงมาก

Borides - ผลึกของพวกมันก่อตัวขึ้นคล้ายกับคาร์ไบด์ที่อธิบายข้างต้น ความคงตัวมากที่สุดคือ HfB2 ซึ่งละลายได้เพียง 3250 องศาเซลเซียสเท่านั้น TaB2 ขึ้นชื่อเรื่องความทนทานต่อสารเคมีสูงสุด - ทั้งกรดและสารผสมจะไม่ทำปฏิกิริยากับกรด

โบรอนไนไตรด์ - มักเรียกกันว่าแป้งฝุ่นสีขาวเนื่องจากมีความคล้ายคลึง ความคล้ายคลึงกันนี้เป็นเพียงผิวเผินเท่านั้น โครงสร้างคล้ายกับกราไฟท์ รับโบรอนหรือออกไซด์ของโบรอนในบรรยากาศแอมโมเนีย

โบราซอน

เอลบอร์, โบราโซน, ไซโบไรท์, คิงซองไนต์, คิวโบไนต์เป็นโพลีเมอร์อนินทรีย์ที่แข็งมาก ตัวอย่างการใช้งาน: การผลิตล้อเจียร วัสดุขัดเงา การแปรรูปโลหะ เหล่านี้เป็นสารเคมีเฉื่อยที่มีพื้นฐานมาจากโบรอน ความแข็งจะอยู่ใกล้เพชรมากกว่าวัสดุอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โบราซอนทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนเพชร ส่วนหลังก็ทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนคริสตัลโบราซอนด้วย

อย่างไรก็ตาม ND เหล่านี้มีข้อดีเหนือเพชรธรรมชาติหลายประการ: มีค่ามากกว่าทนความร้อน (ทนต่ออุณหภูมิได้ถึง 2,000 ° C เพชรถูกทำลายในอัตรา 700-800 ° C) และความต้านทานสูงต่อความเครียดทางกล (ไม่เปราะบางมาก) โบราซอนได้รับที่อุณหภูมิ 1350 °C และความดันบรรยากาศ 62,000 โดย Robert Wentorf ในปี 1957 นักวิทยาศาสตร์เลนินกราดได้วัสดุที่คล้ายกันในปี 2506

โพลีเมอร์กำมะถันอนินทรีย์

Homopolymer - การดัดแปลงของกำมะถันนี้มีโมเลกุลเชิงเส้น สารนี้ไม่เสถียร โดยมีอุณหภูมิผันผวน สารจะแตกตัวเป็นรอบแปดด้าน มันถูกสร้างขึ้นในกรณีที่กำมะถันเย็นลงอย่างรวดเร็ว

การดัดแปลงพอลิเมอร์ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ คล้ายกับใยหินมาก มีโครงสร้างเป็นเส้นใย

ซีลีเนียมโพลีเมอร์

สีเทาซีลีเนียมเป็นพอลิเมอร์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่เชิงเส้นเป็นเกลียวซ้อนกันขนานกัน ในสายโซ่ อะตอมของซีลีเนียมถูกพันธะโควาเลนต์ ในขณะที่โมเลกุลขนาดใหญ่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโมเลกุล แม้แต่ซีลีเนียมที่หลอมเหลวหรือที่ละลายแล้วก็ไม่แตกออกเป็นอะตอมแต่ละอะตอม

ซีลีเนียมสีแดงหรืออสัณฐานยังเป็นพอลิเมอร์ของสายโซ่ แต่มีโครงสร้างที่เป็นระเบียบเล็กน้อย ในช่วงอุณหภูมิ 70-90 ˚С จะได้คุณสมบัติเหมือนยาง ทำให้มีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งคล้ายกับโพลิเมอร์อินทรีย์

ซีลีเนียมคาร์ไบด์หรือหินคริสตัล. คริสตัลเชิงพื้นที่ที่แข็งแรงเพียงพอต่อความร้อนและทางเคมี เพียโซอิเล็กทริกและเซมิคอนดักเตอร์ ภายใต้สภาวะประดิษฐ์ ได้มาจากการทำปฏิกิริยาทรายควอทซ์และถ่านหินในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณ 2,000 ° C

ซีลีเนียมอื่นๆ:

• โมโนคลินิกซีลีเนียม - มีระเบียบมากกว่าสีแดงอสัณฐาน แต่ด้อยกว่าสีเทา
• ซีลีเนียมไดออกไซด์หรือ (SiO2)n เป็นพอลิเมอร์เครือข่ายสามมิติ
• ใยหินเป็นพอลิเมอร์ของซีลีเนียมออกไซด์ที่มีโครงสร้างเป็นเส้นใย

พอลิเมอร์ฟอสฟอรัส

ฟอสฟอรัสมีการดัดแปลงหลายอย่าง: ขาว, แดง, ดำ, น้ำตาล, ม่วง โครงสร้างผลึกละเอียดสีแดง - NP ได้มาจากการให้ความร้อนกับฟอสฟอรัสขาวโดยไม่มีอากาศที่อุณหภูมิ 2500 ˚С P. Bridgman ได้ฟอสฟอรัสดำภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้: ความดัน 200,000 บรรยากาศที่อุณหภูมิ 200 °C

ฟอสฟอรัสไนไตรด์คลอไรด์เป็นสารประกอบของฟอสฟอรัสที่มีไนโตรเจนและคลอรีน คุณสมบัติของสารเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปตามมวลที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือความสามารถในการละลายในสารอินทรีย์ลดลง เมื่อน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ถึงหลายพันหน่วย จะเกิดสารที่เป็นยางขึ้น เป็นยางปลอดคาร์บอนทนความร้อนเพียงพอเพียงชนิดเดียว โดยจะแตกที่อุณหภูมิสูงกว่า 350 °C เท่านั้น

สรุป

โพลีเมอร์อนินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นสารที่มีลักษณะเฉพาะ ใช้ในการผลิต ในการก่อสร้าง เพื่อการพัฒนาวัสดุที่เป็นนวัตกรรมและแม้กระทั่งการปฏิวัติ เนื่องจากมีการศึกษาคุณสมบัติของ NP ที่รู้จักและสร้างขึ้นใหม่ ขอบเขตของการใช้งานจึงขยายใหญ่ขึ้น