Polimeri inorganici: esempi e applicazioni

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

In natura esistono organoelementi, polimeri organici e inorganici. I materiali inorganici includono materiali la cui catena principale è inorganica e i rami laterali non sono radicali idrocarburici. Gli elementi dei gruppi III-VI del sistema periodico degli elementi chimici sono più inclini alla formazione di polimeri di origine inorganica.

Classificazione

I polimeri organici e inorganici sono attivamente studiati, le loro nuove caratteristiche sono in fase di determinazione, quindi non è stata ancora sviluppata una chiara classificazione di questi materiali. Tuttavia, si possono distinguere alcuni gruppi di polimeri.

A seconda della struttura:

• lineare;
• piatto;
• ramificato;
• reti polimeriche;
• tridimensionali e altri.

Dipende dagli atomi della spina dorsale che compongono il polimero:

• tipo di omocatena (-M-)n – costituito da un tipo di atomi;
• tipo di catena eterogenea(-M-L-)n - sono costituiti da diversi tipi di atomi.

A seconda dell'origine:

• naturale;
• artificiale.

Per classificare come polimeri inorganici sostanze che sono macromolecole allo stato solido, esse devono possedere anche una certa anisotropia della struttura spaziale e delle relative proprietà.

Caratteristiche principali

Più comuni sono i polimeri a catena eterogenea, in cui si verifica l' alternanza di atomi elettropositivi ed elettronegativi, ad esempio B e N, P e N, Si e O. Ottenere polimeri inorganici a catena eterogenea (NP) può utilizzare reazioni di policondensazione. La policondensazione degli oxoanioni viene accelerata in un mezzo acido, mentre la policondensazione dei cationi idrati viene accelerata in un mezzo alcalino. La policondensazione può essere effettuata sia in soluzione che in solidi in presenza di alte temperature.

Molti polimeri inorganici a eterocatena possono essere ottenuti solo in condizioni di sintesi ad alta temperatura, ad esempio direttamente da sostanze semplici. La formazione dei carburi, che sono corpi polimerici, avviene quando alcuni ossidi interagiscono con il carbonio, oltre che in presenza di alte temperature.

Lunghe catene omocatene (con grado di polimerizzazione n>100) formano carbonio e elementi p del gruppo VI: zolfo, selenio, tellurio.

Polimeri inorganici: esempi e applicazioni

La specificità di NP risiede nell'istruzionecorpi cristallini polimerici con struttura tridimensionale regolare di macromolecole. La presenza di una struttura rigida di legami chimici conferisce a tali composti una durezza significativa.

Questa proprietà permette di utilizzare polimeri inorganici come materiali abrasivi. L'uso di questi materiali ha trovato la più ampia applicazione nel settore.

Anche l'eccezionale resistenza chimica e termica di NP è una proprietà preziosa. Ad esempio, le fibre di rinforzo a base di polimeri organici sono stabili nell'aria fino a una temperatura di 150-220 ˚C. Nel frattempo, la fibra di boro e i suoi derivati rimangono stabili fino a una temperatura di 650 ˚С. Ecco perché i polimeri inorganici sono promettenti per la creazione di nuovi materiali chimicamente e resistenti al calore.

Il valore pratico è anche di NP, che sono entrambe proprietà simili al biologico e conservano le loro proprietà specifiche. Questi includono fosfati, polifosfazeni, silicati, ossidi di zolfo polimerici con vari gruppi laterali.

Polimeri di carbonio

Incarico: "Fornisci esempi di polimeri inorganici", che si trovano spesso nei libri di testo di chimica. È consigliabile eseguirlo con la menzione dei derivati del carbonio NP più eccezionali. Dopotutto, questo include materiali con caratteristiche uniche: diamanti, grafite e carabina.

La carabina è un polimero lineare creato artificialmente e poco studiato con indicatori di resistenza insuperabili che non sono inferiori, ma secondo una serie di studi esuperiore al grafene. Tuttavia, la carabina è una sostanza misteriosa. Dopotutto, non tutti gli scienziati riconoscono la sua esistenza come materiale indipendente.

Esteriormente sembra una polvere nera metallo-cristallina. Ha proprietà di semiconduttore. La conduttività elettrica del carbyne aumenta notevolmente sotto l'azione della luce. Non perde queste proprietà anche a temperature fino a 5000 ˚С, che è molto più alta rispetto ad altri materiali con questo scopo. Il materiale è stato ricevuto negli anni '60 da V. V. Korshak, AM Sladkov, VI Kasatochkin e Yu. P. Kudryavtsev mediante ossidazione catalitica dell'acetilene. La cosa più difficile è stata determinare il tipo di legami tra gli atomi di carbonio. Successivamente, una sostanza con solo doppi legami tra atomi di carbonio è stata ottenuta presso l'Istituto di composti di organoelementi dell'Accademia delle scienze dell'URSS. Il nuovo composto è stato chiamato policumulene.

Grafite - in questo materiale l'ordine del polimero si estende solo nel piano. I suoi strati sono collegati non da legami chimici, ma da deboli interazioni intermolecolari, quindi conduce calore e corrente e non trasmette luce. La grafite e i suoi derivati sono polimeri inorganici abbastanza comuni. Esempi del loro utilizzo: dalle matite all'industria nucleare. Ossidando la grafite si possono ottenere prodotti di ossidazione intermedi.

Diamante - le sue proprietà sono fondamentalmente diverse. Il diamante è un polimero spaziale (tridimensionale). Tutti gli atomi di carbonio sono tenuti insieme da forti legami covalenti. Perché questo polimero è estremamente resistente. Il diamante non conduce corrente e calore, ha una struttura trasparente.

Polimeri di boro

Se ti viene chiesto quali polimeri inorganici conosci, sentiti libero di rispondere: polimeri di boro (-BR-). Questa è una classe abbastanza ampia di NP, ampiamente utilizzata nell'industria e nella scienza.

Carburo di boro - la sua formula sembra più corretta così (B12C3) n. La sua cellula unitaria è romboedrica. La struttura è formata da dodici atomi di boro legati in modo covalente. E nel mezzo c'è un gruppo lineare di tre atomi di carbonio legati in modo covalente. Il risultato è una struttura molto forte.

Boruri - i loro cristalli sono formati in modo simile al carburo sopra descritto. Il più stabile di questi è HfB2, che fonde solo a 3250°C. TaB2 è noto per la più alta resistenza chimica - né gli acidi né le loro miscele agiscono su di esso.

Nitruro di boro - spesso indicato come talco bianco per la sua somiglianza. Questa somiglianza è davvero solo superficiale. Strutturalmente, è simile alla grafite. Ottienilo riscaldando il boro o il suo ossido in un'atmosfera di ammoniaca.

Borazon

Elbor, borazone, ciborite, kingsongite, cubonite sono polimeri inorganici superduri. Esempi della loro applicazione: produzione di mole, materiali abrasivi, lavorazione dei metalli. Si tratta di sostanze chimicamente inerti a base di boro. La durezza è più vicina di altri materiali ai diamanti. In particolare, il borazon lascia graffi sul diamante, quest'ultimo lascia graffi anche sui cristalli di borazon.

Tuttavia, questi ND hanno diversi vantaggi rispetto ai diamanti naturali: hanno una maggioreresistenza al calore (resistono a temperature fino a 2000 ° C, il diamante viene distrutto a velocità comprese tra 700 e 800 ° C) e alta resistenza alle sollecitazioni meccaniche (non sono così fragili). Borazon è stato ottenuto a una temperatura di 1350 ° C e una pressione di 62.000 atmosfere da Robert Wentorf nel 1957. Materiali simili furono ottenuti dagli scienziati di Leningrado nel 1963.

Polimeri inorganici di zolfo

Omopolimero - questa modifica dello zolfo ha una molecola lineare. La sostanza non è stabile, con gli sbalzi di temperatura si scompone in cicli ottaedrici. Si forma in caso di forte raffreddamento dello zolfo fuso.

Modificazione polimerica dell'anidride solforosa. Molto simile all'amianto, ha una struttura fibrosa.

Polimeri del selenio

Il selenio grigio è un polimero con macromolecole lineari elicoidali annidate in parallelo. Nelle catene, gli atomi di selenio sono legati in modo covalente, mentre le macromolecole sono legate da legami molecolari. Anche il selenio fuso o disciolto non si scompone in singoli atomi.

Anche il selenio rosso o amorfo è un polimero di una catena, ma di una struttura leggermente ordinata. Nell'intervallo di temperatura di 70-90 ˚С, acquisisce proprietà simili alla gomma, trasformandosi in uno stato altamente elastico, che ricorda i polimeri organici.

Carburo di selenio, o cristallo di rocca. Cristallo spaziale termicamente e chimicamente stabile, sufficientemente forte. Piezoelettrico e semiconduttore. In condizioni artificiali è stato ottenuto facendo reagire sabbia di quarzo e carbone in un forno elettrico ad una temperatura di circa 2000°C.

Altri polimeri di selenio:

• Monoclinicoselenio - più ordinato del rosso amorfo, ma inferiore al grigio.
• Il diossido di selenio, o (SiO2)n, è un polimero a rete tridimensionale.
• L'amianto è un polimero di ossido di selenio con una struttura fibrosa.

Polimeri del fosforo

Ci sono molte modifiche del fosforo: bianco, rosso, nero, marrone, viola. Rosso - Struttura fine-cristallina NP. Si ottiene riscaldando il fosforo bianco senza aria ad una temperatura di 2500 ˚С. Il fosforo nero è stato ottenuto da P. Bridgman nelle seguenti condizioni: pressione 200.000 atmosfere a una temperatura di 200 °C.

I cloruri di fosfornitride sono composti di fosforo con azoto e cloro. Le proprietà di queste sostanze cambiano all'aumentare della massa. Vale a dire, la loro solubilità nelle sostanze organiche diminuisce. Quando il peso molecolare del polimero raggiunge diverse migliaia di unità, si forma una sostanza gommosa. È l'unica gomma priva di carbonio sufficientemente resistente al calore. Si decompone solo a temperature superiori a 350 °C.

Conclusione

I polimeri inorganici sono per lo più sostanze con caratteristiche uniche. Sono utilizzati nella produzione, nella costruzione, per lo sviluppo di materiali innovativi e persino rivoluzionari. Man mano che le proprietà delle NP conosciute vengono studiate e ne vengono create di nuove, l'ambito della loro applicazione si espande.