4 що стосується неорганічних полімерних матеріалів. Презентація на тему "неорганічні полімери"

Неорганічні полімери

• Неорганічні полімери- полімери, що не містять у ланці зв'язків C-C, що повторюється, але здатні містити органічний радикал як бічні заступники.

Класифікація полімерів

1. Гомоцепні полімери

Вуглець та халькогени (пластична модифікація сірки).

Мінеральне волокно азбест

Характеристика азбесту

• Азбест(грец. ἄσβεστος, - неруйнівний) - збірна назва групи тонковолокнистих мінералів із класу силікатів. Складаються з найтонших гнучких волокон.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 -формула

• Два основних типи азбестів - серпентин-азбест (хризотил-азбест, або білий азбест) та амфібол-азбести

Хімічний склад

• За хімічним складом азбести є водні силікати магнію, заліза, частково кальцію і натрію. До класу хризотил-азбестів належать такі речовини:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3Н2О

Безпека

• Азбест практично інертний і не розчиняється в рідких середовищах організму, але має помітний канцерогенний ефект. У людей, зайнятих на видобутку та переробці азбесту, ймовірність виникнення пухлин у кілька разів більша, ніж у основного населення. Найчастіше викликає рак легень, пухлини очеревини, шлунка та матки.

• На основі результатів всебічних наукових досліджень канцерогенних речовин Міжнародне агентство з вивчення раку віднесло азбест до першої, найнебезпечнішої категорії списку канцерогенів.

Застосування азбесту

• Виробництва вогнетривких тканин (у тому числі для пошиття костюмів для пожежників).

• У будівництві (у складі азбесто-цементних сумішей для виробництва труб та шиферу).

• У місцях, де потрібно знизити вплив кислот.

Роль неорганічних полімерів у формуванні літосфери

Літосфера

• Літосфера- Жорстка оболонка Землі. Складається із земної кори та верхньої частини мантії, до астеносфери.

Літосфера під океанами та континентами істотно відрізняється. Літосфера під континентами складається з осадового, гранітного та базальтового шарів загальною потужністю до 80 км. Літосфера під океанами зазнала безліч етапів часткового плавлення внаслідок утворення океанічної кориВона сильно збіднена легкоплавкими рідкісними елементами, в основному складається з дунітів і гарцбургітів, її товщина становить 5-10 км, а гранітний шар повністю відсутня.

Хімічний склад

Основними компонентами земної кори та поверхневого ґрунту Місяця є оксиди Si та Al та їх похідні. Такий висновок можна зробити, виходячи з існуючих уявлень про поширеність базальтових порід. Первинною речовиною земної кори є магма - текуча форма гірської породи, що містить поряд із розплавленими мінералами значну кількість газів. При виході на поверхню магма утворює лаву, остання застигаючи утворює базальтові породи. Основний хімічний компонент лави – кремнезем, або діоксид кремнію, SiO2. Однак при високій температурі атоми кремнію можуть легко заміщатися на інші атоми, наприклад, алюмінію, утворюючи різного родуалюмосилікати. В цілому літосфера є силікатною матрицею з включенням інших речовин, що утворилися в результаті фізичних і хімічних процесів, що протікали в минулому в умовах високої температури та тиску. Як сама силікатна матриця, так і включення в неї містять переважно речовини в полімерній формі, тобто гетероцепные неорганічні полімери.

Граніт

• Граніт -кисла магматична інтрузивна гірська порода. Складається з кварцу, плагіоклазу, калієвого польового шпату та слюд – біотиту та мусковиту. Граніти дуже поширені у континентальної земної корі.

Найбільші обсягиГраніти утворюються в зонах колізії, де стикаються дві континентальні плити і відбувається потовщення континентальної кори. На думку деяких дослідників, у потовщеній колізійній корі утворюється цілий шар гранітного розплаву лише на рівні середньої кори (глибина 10-20 км). Крім того, гранітний магматизм характерний для активних континентальних околиць,меншою мірою, для острівних дуг.

• Мінеральний склад граніту:

• польові шпати – 60-65 %;

• кварц – 25-30 %;

• темнокольорові мінерали (біотит, рідко рогова обманка) – 5-10 %.

Базальт

• Мінеральний склад. Основна маса складена мікролітами плагіоклазів, клинопіроксену, магнетиту або титаномагнетиту, а також вулканічним склом. Найбільш поширеним акцесорним мінералом є апатит.

• Хімічний склад. Вміст кремнезему (SiO2) коливається від 45 до 52-53%, сума лужних оксидів Na2O+K2O до 5%, у лужних базальтах до 7%. Інші оксиди можуть бути розподілені так: TiO2=1.8-2.3 %; Al2O3 = 14.5-17.9%; Fe2O3 = 2.8-5.1%; FeO = 7.3-8.1%; MnO = 0.1-0.2%; MgO = 7.1-9.3%; CaO=9.1-10.1%; P2O5 = 0.2-0.5%;

Кварц (Оксид кремнію(IV), кремнезем)

Формула: SiO2

• Формула: SiO2

• Колір:безбарвний, білий, фіолетовий, сірий, жовтий, коричневий

• Колір риси:біла

• Блиск:скляний, у суцільних масах іноді жирний

• Густина: 2,6-2,65 г/см³

• Твердість: 7

Хімічні властивості

Корунд (Al2O3, глинозем)

Формула: Al2O3

• Формула: Al2O3

• Колір:блакитний, червоний, жовтий, коричневий, сірий

• Колір риси:біла

• Блиск:скляний

• Густина: 3,9-4,1 г/см³

• Твердість: 9

Телур

Теллур ланцюжкової будови

• Кристали - гексагональні, атоми у яких утворюють спіральні ланцюга пов'язані ковалентними зв'язками з найближчими сусідами. Тому елементарний телур можна вважати неорганічним полімером. Кристалічному телуру властивий металевий блиск, хоча комплексом хімічних властивостей його можна віднести до неметалів.

Застосування телуру

• Виробництво напівпровідникових матеріалів

• Виробництво гуми

• Високотемпературна надпровідність

Селен

Селен ланцюжкової будови

Чорний Сірий Червоний

Сірий селен

Сірий селен (іноді його називають металевим) має кристали гексагональної системи. Його елементарні грати можна представити як дещо деформований куб. Всі його атоми як би нанизані на спіралеподібні ланцюжки, і відстані між сусідніми атомами в одному ланцюгу приблизно в півтора рази менші за відстань між ланцюгами. Тому елементарні кубики спотворені.

Застосування сірого селену

• Звичайний сірий селен має напівпровідникові властивості, це напівпровідник p-типу, тобто. провідність у ньому створюється переважно не електронами, а «дірками».

• Інша практично дуже важлива властивість селену-напівпровідника – його здатність різко збільшувати електропровідність під впливом світла. На цій властивості засновано дію селенових фотоелементів та багатьох інших приладів.

Червоний селен

• Червоний селен є менш стійкою аморфною модифікацією.

• Полімер ланцюгової будови, але малоупорядкованої структури. У температурному інтервалі 70-90°С він набуває каучукоподібних властивостей, переходячи у високоеластичний стан.

• Немає певної температури плавлення.

• Червоний аморфний селенпри підвищенні температури (-55) починає переходити в сірий гексагональний селен

Сірка

Особливості будови

• Пластична модифікація сірки утворена спіральними ланцюгами з атомів сірки з лівою та правою осями обертання. Ці ланцюжки скручені та витягнуті в одному напрямку.

• Пластична сірка нестійка і мимоволі перетворюються на ромбічну.

Отримання пластичної сірки

Застосування сірки

• Одержання сірчаної кислоти;

• У паперовій промисловості;

• у сільському господарстві (для боротьби з хворобами рослин, головним чином винограду та бавовнику);

• у виробництві барвників і складів, що світяться;

• для одержання чорного (мисливського) пороху;

• у виробництві сірників;

• мазі та присипки для лікування деяких шкірних захворювань.

Алотропні модифікації вуглецю

Порівняльна характеристика

Застосування алотропних модифікацій вуглецю

• Алмаз – у промисловості: його використовують із виготовлення ножів, свердл, різців; у ювелірній справі. Перспектива – розвиток мікроелектроніки на діамантових підкладках.

• Графіт – виготовлення плавильних тиглів, електродів; наповнювач пластмас; сповільнювач нейтронів у ядерних реакторах; компонент складу для виготовлення стрижнів для чорних графітових олівців (у суміші з каоліном)

У сучасному світіМайже немає людини, яка б не мала будь-якого уявлення про полімери. Полімери йдуть по життю разом із людиною, роблячи його життя дедалі зручнішим і комфортнішим. При згадці про полімери перші асоціації пов'язані із синтетичними органічними речовинами, оскільки вони більше перебувають у виду. Полімери природні - натуральні органічні речовини- хоч їх і більше в навколишньому світі, в асоціативному сприйнятті людини відходять на другий план. Вони оточують нас завжди, проте ніхто не замислюється про природу походження флори та фауни. Целюлоза, крохмаль, лігнін, каучук, білки і нуклеїнові кислоти - основний матеріал, що використовується природою для створення навколишнього тваринного і рослинного світу. І вже зовсім ніхто не сприйматиме як полімери дорогоцінне каміння, графіт, слюду, пісок та глину, скло та цемент. Тим не менш, наукою встановлено факт полімерної будови багатьох неорганічних сполук, зокрема і перелічених вище. Полімерні речовини складаються із макромолекул. При утворенні полімерів велика кількість атомів чи груп атомів зв'язуються між собою хімічними зв'язками – ковалентними чи координаційними. Полімерні макромолекули містять десятки, сотні, тисячі або десятки тисяч атомів або елементарних ланок, що повторюються. Відомості про полімерну будову були отримані при дослідженні властивостей розчинів, будови кристалів, механічних та фізико-хімічних властивостей неорганічних речовин. На підтвердження вищесказаному слід зазначити, що є достатня кількістьнаукової літератури, що підтверджує факт полімерної будови деяких неорганічних речовин.

Логічним буде зауваження: чому так багато є інформації про синтетичні органічні полімери і так мало про неорганічні. Якщо є неорганічні полімерні речовини, то що саме вони являють собою і де вони застосовуються? Вище було наведено кілька прикладів неорганічних полімерів. Це відомі речовини, які знають усі, ось тільки мало хто знає, що ці речовини можна зарахувати до загону полімерів. За великим рахунком обивателю все одно можна віднести графіт до полімерів чи ні, що стосується дорогоцінного каміння, то для когось це може бути навіть образливо, дорівнювати дорогі прикраси з дешевою пластмасовою біжутерією. Тим не менш, якщо є підстави називати деякі неорганічні речовиниполімерами, чому б про це не поговорити. Розглянемо деяких представників таких матеріалів, зупинимося докладніше на найцікавіших.
Для синтезу неорганічних полімерів найчастіше потрібні дуже чисті вихідні речовини, а також висока температура та тиск. Основними способами їх отримання, як і органічних полімерів, є полімеризація, поліконденсація та полікоординація. До найпростіших неорганічних полімерів відносяться гомоланцюгові сполуки, що складаються з ланцюгів або каркасів, побудованих з однакових атомів. Крім відомого всім вуглецю, що є основним елементом, що бере участь у побудові практично всіх органічних полімерів, інші елементи теж можуть брати участь у побудові макромолекул. До таких елементів відносяться бор із третьої групи, кремній, германій та олово з четвертої групи, куди якраз входить і вуглець, фосфор, миш'як, сурма та вісмут із п'ятої групи, сірка, селен телур із шостої. В основному гомоцепні полімери, отримані на основі цих елементів, використовуються в електроніці та оптиці. Електронна промисловість розвивається дуже високими темпами та попит на синтетичні кристали давно вже перевищує пропозицію. Особливо, все ж таки, слід відзначити вуглець і неорганічні полімери, які отримують на його основі: алмаз і графіт. Графіт, відомий матеріал, який знайшов застосування в різних сферахпромисловості. З графіту одержують олівці, електроди, тиглі, фарби, мастила. Тисячі тонн графіту йдуть на потреби атомної промисловості завдяки його властивостям уповільнювати нейтрони. У статті ми зупинимося докладніше на найцікавіших представниках неорганічних полімерів - дорогоцінного каміння.
Найцікавішим, пафосним, улюбленим жінками представником неорганічних полімерів є алмази. Алмази - дуже дорогі мінерали, які також можна віднести до неорганічних полімерів, в природі їх добувають п'ять великих компаній: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. Саме компанія «DeBeers» створила репутацію цього каміння. Майстерний маркетинг зводиться до слогана, «- це назавжди». DeBeers перетворила цей камінь на символ любові, благополуччя, влади, успіху. Цікавий той факт, що алмази в природі зустрічаються досить часто, наприклад сапфіри і рубіни, більш рідкісні мінерали, проте цінуються вони нижче за алмази. Найцікавіше це ситуація, що склалася на ринку природних алмазів. Справа в тому, що існують технології, що дозволяють отримати синтетичні алмази. У 1954 році дослідник компанії «General Electric» Трейсі Холл винайшов апарат, який дозволяв при тиску 100000 атмосфер і температурі понад 2500ºС із сульфіду заліза отримувати кристали алмазу. Якість цих каменів була з ювелірної точки зору невисока, проте твердість була така сама, як у природного каменю. Винахід Холла було вдосконалено і в 1960 році "General Electric" створив установку, в якій можна було отримувати алмази ювелірної якості. Негативним моментомбуло те, що ціна синтетичних каменів була вищою за природні.
на НаразіІснують дві технології синтезу алмазів. Технологія HPHT (high pressure/high temperature) – синтез алмазів у поєднанні високого тискута високої температури. Технологія CVD (chemical vapor deposition) - технологія хімічного осадження пари, вважається прогресивнішою і дозволяє вирощувати алмаз, як би моделюючи природні умови його зростання. Обидві технології мають переваги та недоліки. Кампанії їх використовують вирішують недоліки технологій, застосовуючи свої власні винаходи та розробки. Наприклад, ще 1989 року групі радянських учених із Новосибірська вдалося знизити тиск синтезу до 60000 атмосфер. Після розпаду Радянського Союзу розробки в галузі синтезу алмазів не були припинені завдяки багатьом закордонним інвесторам, зацікавленим у отриманні технології дешевого синтезу якісного дорогоцінного каміння. Наприклад, DeBeers, щоб не втратити можливість контролювати ринок фінансувала роботи деяких учених. Деякі приватні підприємці купили в Росії обладнання із синтезу алмазів, наприклад, процвітаюча зараз американська компанія «Gemesis» почала з того, що придбала в Росії в 1996 році за 60000 доларів установку для вирощування алмазів. Зараз «Gemesis» виробляє і продає алмази рідкісних кольорів: жовті та сині, причому різниця в ціні між цими і такими ж природними каменями досягає 75%.

Інша велика компанія, що синтезує алмази - «Apollo Diamond», удосконалює технологію HPHT, проводячи синтез каменів в газовій атмосферіпевного складу (технологія-симбіоз HPHT та CVD). Такий метод виводить Apollo Diamond на ринок ювелірних каменів при цьому, якість синтетичних алмазів, що вирощуються за такою технологією дуже високо. Гемотологам все важче відрізнити синтетичні камені від природних. Для цього потрібен комплекс аналізів, на досить складному та дорогому обладнанні. Синтетичні ювелірні алмази Apollo Diamond практично неможливо відрізнити від природних мінералів стандартними методами аналізу.

Світовий видобуток алмазів становить зараз 115 мільйонів карат або 23 тонни на рік. Теоретично цей гігантський ринок може впасти при цьому репутація алмазів як дорогоцінного каміння буде втрачена назавжди. Фірми-монополісти вкладають кошти у стабілізацію ситуації та контроль ринку. Наприклад, проводяться дорогі маркетингові компанії, скуповуються патенти на технології. штучного виготовленняалмазів для того, щоб ці технології ніколи не були впроваджені, на фірмові діаманти видаються сертифікати та паспорти якості, що підтверджують їх природне походження. Але чи втримає це прогрес технології синтезу?

Заговоривши про алмази, ми відволіклися на блиск дорогоцінного каміння ювелірної промисловості, але слід вказати і на промислове каміння. У даному випадкубільшість підприємств, що займаються вирощуванням алмазів, працюють в основному для потреб електронної та оптичної промисловості. Ринок промислового каміння, можливо, не так інтригує як ринок ювелірних, але, проте, він величезний. Наприклад, основний прибуток «Apollo Diamond» - синтез тонких алмазних дисків для напівпровідників. До речі, зараз установку для синтезу алмазів продуктивністю близько 200 кг алмазів на місяць можна придбати за 30 тисяч доларів.

Іншим представником дорогоцінного каміння є рубін. Перший синтетичний рубін народився 1902 року. Його синтезував французький інженер Вернейль, розплавивши порошок окису алюмінію та хрому, який потім кристалізувався у шестиграмовий рубін. Така простота синтезу дозволила відносно швидко розвинути промислове виробництво рубінів у всьому світі. Камінь цей дуже потрібний. Щороку у світі видобувають близько 5 тонн рубінів, а потреби ринку обчислюються сотнями тонн. Рубіни потрібні годинникової промисловості, потрібні під час виробництва лазерів. Запропонована Вернейлем технологія згодом дала передумови синтезу сапфірів і гранатів. Найбільші виробництва штучних рубінів знаходяться у Франції, Швейцарії, Німеччині, Великій Британії, США. Економіка виробництва така. Левову часткусобівартості з'їдають енергетичні витрати При цьому собівартість синтезу кілограма рубінів 60 доларів, собівартість кілограма сапфірів – 200 доларів. Рентабельність такого бізнесу дуже висока, оскільки закупівельна ціна на кристали щонайменше вдвічі вища. Тут слід враховувати ряд факторів, таких як той, що чим більше монокристал, що вирощується, тим собівартість його нижча, також при виробництві з кристалів виробів, ціна їх буде набагато вище, ніж ціна кристалів, що продаються (наприклад, виробництво і реалізація скла). Що стосується обладнання, то російські установки для вирощування кристалів коштують близько 50 тисяч доларів, західні на порядок дорожчі, при цьому термін окупності виробництва, що організується, в середньому становить два роки. Як мовилося раніше потреби ринку на синтетичних кристалах колосальні. Наприклад, дуже затребувані сапфірове скло. У світі синтезується близько тисячі тонн сапфірів на рік. Річні потреби виробництва сягають мільйона тонн!
Смарагди синтезують виключно для потреб ювелірної промисловості. На відміну від інших кристалів отримують смарагд не з розплаву, а з розчину агідриду борного при температурі 400оС і тиску 500 атмосфер в гідротермальній камері. Цікаво те, що видобуток природного каменю складає лише 500 кілограмів на рік. Синтетичні смарагди у світі виробляють також у не такій великій кількості, як інші кристали, близько тонни на рік. Справа в тому, що технологія синтезу смарагдів є малопродуктивною, проте рентабельність такого виробництва на висоті. Виробляючи близько 5 кілограмів кристалів на місяць при собівартості 200 доларів за кілограм, ціна продажу смарагдів синтетичних практично дорівнює ціні природних. Вартість установки для синтезу смарагдів складає близько 10 тисяч доларів.
Але найпопулярнішим синтетичним кристалом є кремній. Мабуть, він дасть фору будь-якому дорогоцінному каменю. На даний момент кремній займає 80% всього ринку синтетичних кристалів. Ринок відчуває дефіцит кремнію через стрімкий розвиток високих технологій. На даний момент рентабельність виробництва кремнію перевищує 100%. Ціна кілограма кремнію становить близько 100 доларів за кілограм, при цьому собівартість синтезу сягає 25 доларів.

Надчистий кремній використовується як напівпровідник. З його кристалів роблять сонячні фотоелементи, що мають високий коефіцієнт корисної дії. Кремній, як і вуглець, може створювати довгі молекулярні ланцюги з атомів. Таким чином отримують силан і каучук, що має дивовижні властивості. Кілька років тому весь світ схвилювало повідомлення про досліди американського інженера Вальтера Роббса, якому вдалося виготовити плівку із силіконової гуми завтовшки 0,0025 сантиметра. Цією гумою він обтягнув клітку, де жив хом'як, і опустив хом'яка в акваріум. Протягом кількох годин перший у світі хом'як-підводник дихав киснем, розчиненим у воді, і був при цьому бадьорий, не виявляв ознак занепокоєння. Виявляється, плівка грає роль мембрани, виконуючи самі функції, як і зябра у риб. Плівка пропускає всередину молекули газу життя, а вуглекислий газпри цьому через плівку витісняється назовні. Таке відкриття уможливлює організацію життя людини під водою відсуваючи убік балони з дихальною сумішшю та кисневі генератори.

Кремній випускається трьох видів: кремній металургійний (MG), кремній для електронної промисловості (EG) та кремній для виробництва сонячних батарей (SG). Через низку енергетичних криз посилено впроваджуються альтернативні технології отримання енергії. До таких відноситься перетворення сонячної енергіїв електричну, тобто використання солярних установок, що працюють на сонячних батареях. Важливою складовою сонячних батарей є кремній. В Україні на Запорізькому титаномагнієвому комбінаті виробляли кремнію для сонячних батарей. За радянського Союзу це підприємство давало 200 тонн кремнію, за загальносоюзного обсягу виробництва 300 тонн. Про те, як справи з виробництвом кремнію в Запоріжжі зараз автору нічого невідомо. Вартість організації сучасного виробництва полікристалічного кремнію потреб енергетичної промисловості потужністю 1000 тонн на рік становить близько 56 мільйонів доларів. Синтез кремнію для різних потреб у всьому світі за попитом займає перше місце і ще довго утримуватиме ці позиції.

У статті ми розглянули лише деяких представників неорганічних полімерів. Можливо багато речей, розказаних вище, для когось були сприйняті з подивом і непідробним інтересом. Хтось по-новому глянув на поняття філософського каменю, хай не золото, але дорогоцінне каміння з непоказних оксидів металів та інших непримітних речовин одержувати все-таки можна. Сподіваємося, що стаття дала привід до роздумів і, як мінімум, розважила читача цікавими фактами.

НЕОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРИ

Мають неорг. основні ланцюги і містять орг. бічних радикалів. Головні ланцюги побудовані із ковалентних чи іонно-ковалентних зв'язків; в деяких Н. п. ланцюжок іонно-ковалентних зв'язків може перериватися одиничними зчленуваннями координацій. характеру. Структурна Н. п. здійснюється за тими ж ознаками, що й орг. або елементорг. полімерів (див. Високомолекулярні сполуки).Серед природних Н. п. наб. поширені сітчасті, що входять до складу більшості мінералів земної кори. Багато хто з них утворює тип алмазу або кварцу. До утворення лінійних Н. п. здатні елементи верх. рядів ІІІ-VI гр. періодич. системи. Усередині груп зі збільшенням номера ряду здатність елементів до утворення гомо- або гетероатомних ланцюгів різко зменшується. Галогени, як і в орг. полімерах, грають роль агентів обриву ланцюга, хоча всілякі їх комбінації з ін. елементами можуть становити бічні групи. Елементи VIII гр. можуть входити в головний ланцюг, утворюючи координацію. Н. п. Останні, в принципі, відмінні від орг. координаційних полімерів,де система координації. зв'язків утворює лише вторинну структуру. багато. або солі металів змінної валентностіза макроскопіч. св-вам схожі на сітчасті Н. п.

Довгі гомоатомні ланцюги (зі ступенем полімеризації п >= 100) утворюють лише елементи VI гр.-S, Se і Те. Ці ланцюги складаються лише з основних атомів і не містять бічних груп, але електронні структури вуглецевих ланцюгів та ланцюгів S, Se та Ті різні. Лінійні вуглецю - кумулени=С=С=С=С= ... та кар-бін НС = СЧС = СЧ... (див. Вуглець);крім того, вуглець утворює двомірні та тривимірні ковалентні кристали-соотв. графіті діамант.Сірка і телур утворюють атомні ланцюжки з простими зв'язками і дуже високими п.Їх має характер фазового переходу, причому температурна область стабільності полімеру має розмазану нижню та добре виражену верхню межу. Нижче і вище цих меж стійкі соотв. цикліч. октамери та двоатомні молекули.

Др. елементи, навіть найближчі сусіди вуглецю по псриодич. системі-В і Si, вже нездатні до утворення гомоатомних ланцюгів або цикліч. олігомерів з п >= 20 (безвідносно до наявності чи відсутності бічних груп). Це зумовлено тим, що лише атоми вуглецю здатні утворювати один з одним суто ковалентні зв'язки. З цієї причини найбільш поширені бінарні гетероцепні Н. п. типу [ЧМЧLЧ] n(див. табл.), де атоми М та L утворюють між собою іонно-ковалентні зв'язки. В принципі, гетероцепні лінійні Н. п. не обов'язково повинні бути бінарними: ділянка ланцюга, що регулярно повторюється, м. б. утворений і складнішими комбінаціями атомів. Включення до головного ланцюга атомів металів дестабілізує лінійну структуруі різко знижує в.

Комбінації елементів, що утворюють бінарні ГЕТЕРОЦЕПНІ НЕОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРИ ТИПУ [ЧМЧLЧ] n(ПОЗНАЧЕНІ ЗНАКОМ +)

* Утворює також неорг. полімери складу [ЧВЧРЧ] n.

Особливості електронної структуриголовних ланцюгів гомо-ланцюгових Н. п. роблять їх дуже вразливими при атаці нуклеоф. чи електроф. агентами. Вже з однієї цієї причини відносно стабільніше ланцюга, що містять як компонент L або ін, сусідній з ним по періодич. системі. Але і ці ланцюги потребують зазвичай стабілізації, к-раю в прир. Н. п. пов'язана з утворенням сітчастих структур і дуже сильним міжмол. взаємод. бічних груп (включаючи утворення сольових містків), в результаті якого більшість навіть лінійних Н. п. не-розчинні і по макроскопич. св-вам подібні до сітчастих Н. п.

Практич. інтерес представляють лінійні Н. п., які в наиб. ступеня подібні до органічних - можуть існувати в тих же фазових, агрегатних або релаксаційних станах, утворювати аналогічні надмол. структури тощо Такі Н. п. можуть бути термостійкими каучуками, стеклами, волокноутворюючими і т. п., а також виявляти ряд св-в, вже не властивих орг. полімерів. До них відносяться поліфосфазени,полімерні оксиди сірки (з різними бічними групами), фосфати, . Деякі комбінації М і L утворюють ланцюги, що не мають аналогів серед орг. напр. з широкою зоною провідності та . Широкою зоною провідності має, має добре розвинену плоску або просторів. структуру. Звичайним надпровідником при т-рі поблизу 0 До є полімер [ЧSNЧ] х; при підвищених т-рахвін втрачає надпровідність, але зберігає напівпровідникові св-ва. Високотемпературні надпровідні Н. п. повинні мати структуру керамік, тобто обов'язково містити у своєму складі (у бічних групах) і кисень.

Переробка Н. п. у скла, волокна, кераміку тощо вимагає плавлення, а воно, як правило, супроводжується оборотною деполімеризацією. Тому зазвичай використовують модифікуючі , що дозволяють стабілізувати в розплавах помірно розгалужені структури.

Літ.:Енциклопедія полімерів, т. 2, М., 1974, с. 363-71; Бартенєв Р. М., Надміцні та високоміцні неорганічні скла, М., 1974; Кор-шак Ст Ст, Козирєва Н. М., "Успіхи хімії", 1979, т. 48, ст. 1, с. 5-29; Inorganic polymers, в кн.: Encyclopedia of polymer science and technology, v. 7, N. Y.-L.-Sydney, 1967, p. 664-91. С. Я. Френкель.

Хімічна енциклопедія - М: Радянська енциклопедія. За ред. І. Л. Кнунянца. 1988 .

Дивитися що таке "НЕОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРИ" в інших словниках:

Полімери, молекули яких мають неорганічні головні ланцюги і містять органічних бічних радикалів (обертають груп). У природі широко поширені тривимірні сітчасті неорганічні полімери, які у вигляді мінералів входять до складу.

Полімери, що не містять у ланці зв'язків C, що повторюється, але здатні містити органічний радикал як бічні заступники. Зміст 1 Класифікація 1.1 Гомоцепні полімери … Вікіпедія

Полімери, молекули яких мають неорганічні головні ланцюги і містять органічних бічних радикалів (обертають груп). У природі широко поширені тривимірні сітчасті неорганічні полімери, які у вигляді мінералів входять до складу. Енциклопедичний словник

Полімери з неорганічним (що не містить атомів вуглецю) головним ланцюгом макромолекули (Див. Макромолекула). Бічні (обертають) групи зазвичай теж неорганічні; проте полімери з органічними бічними групами часто також відносять до Н...

Полімери, макромолекули яких мають неорганічні. гол. ланцюга і не містять бічних органіч. радикалів (обертають груп). Практич. значення має синтетич. полімер поліфосфонітрилхлорид (полідихлорфссфазен) [P(C1)2=N]n. З нього отримують ін. Великий енциклопедичний політехнічний словник

Полімери, молекули яких мають неорганічні. гол. ланцюга і містять органич. бічних радикалів (обертають груп). У природі широко поширені тривимірні сітчасті Н.п., які у вигляді мінералів входять до складу земної кори (напр., кварц). У… … Природознавство. Енциклопедичний словник

- (від полі... і грец. meros частка частина), речовини, молекули яких (макромолекули) складаються з великої кількості ланок, що повторюються; молекулярна масаполімерів може змінюватися від кількох тисяч до багатьох мільйонів. За походженням полімери. Великий Енциклопедичний словник

Ов; мн. (Од. полімер, а; м.). [від грец. polys численний та meros частка, частина] Високомолекулярні хімічні сполуки, що складаються з однорідних повторюваних груп атомів, що широко застосовуються в сучасній техніці. Природні, синтетичні п... Енциклопедичний словник

- (Від грец. Polymeres що складається з багатьох частин, різноманітний) хімічні сполуки з високою молекулярною масою (від кількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великого числа ... Велика Радянська Енциклопедія

§ 12. ПОЛІМЕРИ

Як правило, пластмаса є сумішшю декількох речовин, а полімер – це лише одна з них, але найважливіше. Саме він пов'язує всі компоненти пластмаси в єдине, більш менш однорідне ціле. Тому полімер у складі пластмаси називають сполучною. Зрозуміло, що перетворювати на готові вироби зручно ті пластмаси, які твердіють і розм'якшуються. Такі пластмаси називають термопластами, або термопластичними полімерами. До таких пластмас відносять поліетилен, полістирол, полівінілхлорид, поліаміди. Якщо ж у процесі формування виробу відбувається зшивка макромолекул, і полімер, твердіючи, набуває просторову структуру, такі пластмаси називають реактопластами, або термореактивними полімерами. До них відносяться фенолоформальдегідні, карбамідні та поліефірні смоли. Назад у в'язкотекучий стан такі полімери повернути не можна.

Крім сполучного полімеру, до складу пластмас часто вводять різні добавки: наповнювачі, барвники, а також речовини, що підвищують механічні властивості, термостійкість та стійкість до старіння. Наповнювачі не тільки значно здешевлюють пластмаси, а й надають їм багато специфічні властивості. Наприклад, пластмаси з наповнювачем у вигляді алмазного та карборундового пилу – це абразиви, тобто. шліфувальний матеріал. Широке застосуванняпластмас сприяє низька їхня вартість, легкість переробки. За властивостями пластмаси часто не поступаються металам та сплавам, а іноді навіть перевершують їх.
Основні споживачі пластмас – це будівельна промисловість, машинобудування, електротехніка, транспорт, виробництво пакувальних матеріалів, продуктів народного споживання (рис. 1).

Рис. 1. Області застосування пластмас
Поняття «полімери» часто сприймається як хімічна категорія, як щось придумане і синтезоване винахідниками-хіміками. Однак багато полімерів зустрічаються в природі, і не у формі кинутих людиною та забруднюючих її відпрацьованих виробів, а як натуральні речовини, синтезовані рослинними та тваринними організмами.
Так, дерево Liuamber orientalis, що росте в Малій Азії, виділяє пахучу смолу, звану стираксом, яку ще 3000 років тому стародавні єгиптяни використовували при бальзамуванні померлих. Стиракс, так само, як і «драконова кров», що виділяється малайською пальмою ротангом, є не що інше, як полістирол. Жук Abax ater у разі небезпеки вистрілює в атакуючого рідиною, що складається, в основному, з мономерного метилметакрилату, який полімеризується на тілі ворога, робить його нерухомим.

Основні пластмаси та області їх застосування наведені у таблиці 1.

Пластмаси та їх застосування

До другої групи полімерних матеріалів відносяться волокна.

Природні волокна за походженням ділять на рослинні, твариниі мінеральні.

Волокна рослинного походженняможна поділити на:

– волокна, що формуються на поверхні насіння (бавовна);
– волокна стебел рослин – луб'яні волокна (льон, джут, пенька);
- Волокна оболонок плодів (копра горіхів кокосової пальми).
Найбільш важливе волокно рослинного походження – бавовняне – має гарні механічні властивості, зносостійкість, термостабільність, помірну гігроскопічність. Воно застосовується у виробництві різних тканин та трикотажу, швейних ниток, вати. Льон застосовують для виготовлення білизняних, сукняних та декоративних тканин. Луб'яні волокна використовують у виробництві тканин, з яких виготовляють тару (мішки), канати, мотузки.

До волокон тваринного походження відносять шерсть та шовк.
Натуральна шерсть характеризується невисокою міцністю, еластичною. Застосовують її для виготовлення тканин побутового та технічного призначення, трикотажу, валяльно-повстяних виробів.
Натуральний шовк виробляють численні гусениці та павуки. Найвідоміший шовк виділяють шовковичні черви Bombyx mori (рис. 2).

Рис. 2. Тутовий шовкопряд. На листівці:
метелик за відкладанням яєць, гусениця, кокон
та кокон у розрізі (художник Л.В.Аристов)
Китайцям шовк був відомий більш ніж за дві з половиною тисячі років до н. Секрет його виготовлення охоронявся державою, доки 556 р. н.е. ченці з Європи не вивезли контрабандою з Китаю яйця шовковичних черв'яків, сховавши їх у порожнисті тростини. Натуральний шовк – дуже дороге волокно.
Наприклад, у Японії шовкове кімоно коштує близько 30 000 доларів. Раніше шовк забарвлювали натуральними барвниками, наприклад, кошеніллю в різні кольори: пурпурові, червоні, бузкові і т.д. Такий шовк використовували для пошиття одягу царів, священнослужителів, світських красунь.
…І здається обличчя блідою
Від шовку, що лиловіє.
А.Ахматова
Одиницею виміру шовку служить мумі. Слово це не має нічого спільного з єгипетськими муміями. Воно походить від японського "момме". Муммі - це одиниця маси тканини (3,75 г), співвіднесена з одним квадратним метром тканини фабричного виробництва. Один квадратний метр більшості сортів шовку важить 16-22 мумі, проте деякі китайські сорти важать лише 4-8 мумі.

Хімічні волокнаодержують із розчинів або розплавів волокноутворюючих полімерів. Їх поділяють такі групи:
– штучні(віскозна, ацетатна та ін.), які отримують з природних полімерів або продуктів їх переробки, головним чином з целюлози та її ефірів;
– синтетичні(капрон, лавсан, енант, найлон), які одержують із синтетичних полімерів.
Розглянемо ще одну групу полімерів, яку у повсякденному свідомості рідко пов'язують із цим поняттям. Це неорганічні полімери .
Такий неорганічний полімер, як сірка пластична, неважко отримати з кристалічної сірки, виливаючи її розплав у холодну воду. В результаті виходить гумоподібна речовина, будову якої можна відобразити так:

Елементарною ланкою у цьому полімері є атоми сірки.
Інші неорганічні полімери, що мають атомну структуру, – це все алотропні видозміни вуглецю (в т.ч. алмаз і графіт), селен та телуру ланцюжкової будови, червоний фосфор, кристалічний кремній. Останній має напівпровідникові властивості і використовується для виготовлення сонячних батарей (рис. 3).

Рис. 3. Сонячна батарея на даху житлового будинку
Ми навели приклади простих речовин, які мають полімерну атомну структуру. Ще різноманітніша група неорганічних полімерів – складних речовин. Це, наприклад, оксид кремнію(IV):

Різновидами цього полімеру, що утворює основну масу літосфери, є кварц, кремнезем, гірський кришталь, агат (рис. 4).

Рис.4. Агат

Так само важливий для літосфери полімер, як оксид алюмінію. Найчастіше обидва ці полімери утворюють мінерали, що мають загальну назву алюмосилікати. До них відносяться, наприклад, біла глина (каолін), польові шпати, слюда (рис. 5).

Рис. 5. Парагоніт (слюда – природний шаруватий мінерал)

Майже всі мінерали та гірські породи є природними полімерами.
Серед неорганічних полімерів трапляються і волокна.
До мінеральних волокон відносять азбест (рис. 6), здавна відомий на Русі під назвою «гірський льон». З нього в « Кам'яний пояс»(Так нерідко називали Уральські гори) на підприємствах промисловців та підприємців Демидових готували вогнетривку білизну, яку вони як екзотичні презенти дарували знатним людям, у тому числі й імператриці Катерині Великої.

Азбест у наші дні використовується для виробництва тепло- та вогнезахисних хімічно стійких виробів: технічних тканин, шиферу, труб та ін.

1. Що таке полімер, мономер, елементарна ланка, ступінь полімеризації?
2. Які біополімери ви знаєте? Охарактеризуйте їх із використанням понять, перелічених у першому питанні.
3. Що таке пластмаси? На які групи за походженням і по відношенню до нагрівання вони поділяються? Наведіть приклади.
4. Що таке полімеризація та поліконденсація? Порівняйте ці процеси. Наведіть приклади. При відповіді це питання використовуйте, зокрема, і знання загальної біології.
5. Що таке волокна? На які групи вони поділяються? Наведіть приклади та розкажіть про значення конкретних представників кожної групи, використовуючи можливості Інтернету.
6. Приготуйте повідомлення на тему: «Синтетичні матеріали та їхня роль у сучасній техніці» з використанням ресурсів Інтернету.
7. Які неорганічні полімери вам відомі? Що спільного у їхній будові? Яку роль вони грають у неживій природі?
8. Приготуйте повідомлення на тему «Полімери – природні мінерали» за допомогою ресурсів Інтернету.
9. Запишіть структурну ланку кварцу. Розкажіть про різновиди природних мінералів, що мають цю структурну ланку.
10. Що таке напівпровідники? Чим вони відрізняються від провідників та діелектриків? Яке значення мають напівпровідники у сучасній техніці? Для відповіді на ці запитання скористайтесь ресурсами Інтернету.
11. Підготуйте повідомлення на тему «Шовк: історія та розвиток шовкової промисловості», використовуючи можливості Інтернету.

Полімери – високомолекулярні сполуки, які складаються з безлічі мономерів. Полімери варто відрізняти від такого поняття як олігомери, на відміну від яких при додаванні ще однієї номерної ланки властивості полімеру не змінюються.

Зв'язок між ланками мономерів може здійснюватися за допомогою хімічних зв'язківУ такому випадку вони називаються реактопластами, або завдяки силі міжмолекулярної дії, що характерно для так званих термопластів.

Сполука мономерів при утворенні полімеру може відбуватися в результаті реакції поліконденсації або полімеризації.

У природі зустрічається безліч подібних сполук, найбільш відомі з яких: білки, каучук, полісахариди та нуклеїнова кислота. Такі матеріали називають органічними.

На сьогоднішній день велика кількістьполімерів виробляються синтетичним шляхом. Такі сполуки називаються неорганічними полімерами. Неорганічні полімери одержують шляхом з'єднання природних елементівза допомогою реакції поліконденсації, полімеризації та хімічного перетворення. Це дозволяє замінити дорогі або рідкісні природні матеріали, або створити нові, що не мають аналогів у природі. Головна умова, щоб полімер не містив у складі елементів органічного походження.

Неорганічні полімери завдяки своїм властивостям набули широкої популярності. Спектр їх використання досить широкий, при цьому постійно знаходять нові сфери застосування та розробляються нові види неорганічних матеріалів.

Основні характеристики

На сьогоднішній день існує безліч видів неорганічних полімерів, як природних, так і синтетичних, які мають різним складом, властивостями, сферою застосування та агрегатного стану.

Сучасний рівень розвитку хімічної промисловостідозволяє виробляти неорганічні полімери у великих обсягах. Щоб отримати такий матеріал, потрібно створити умови підвищеного тиску і високої температури. Сировиною для виробництва виступає чиста речовина, яка піддається полімеризації.

Неорганічні полімери характерні тим, що мають підвищену міцність, гнучкість, важко піддаються впливу. хімічних речовинта стійкі до високих температур. Але деякі види можуть бути крихкими і не мати еластичність, але при цьому досить міцними. Найбільш відомими з них вважаються графіт, кераміка, азбест, мінеральне скло, слюда, кварц та алмаз.

Найбільш поширені полімери в основі мають ланцюжки таких елементів, як кремній та алюміній. Це з поширеністю цих елементів у природі, особливо кремнію. Найбільш відомі серед них такі неорганічні полімери як силікати та алюмосилікати.

Властивості та характеристики відрізняються не тільки залежно від хімічного складу полімеру, а й від молекулярної маси, ступеня полімеризації, будови атомної структури та полідисперсності.

Полідисперсність – це присутність у складі макромолекул різної маси.

Більшість неорганічних сполук характеризуються такими показниками:

1. Еластичність. Така характеристика, як еластичність, показує можливість матеріалу збільшиться у розмірах під впливом сторонньої сили та повернуться у початковий стан після зняття навантаження. Наприклад, каучук здатний збільшитися у сім-вісім разів без зміни структури та різних ушкоджень. Повернення форми та розмірів можливе завдяки збереженню розташування макромолекул у складі, переміщуються лише окремі їх сегменти.
2. Кристалічна структура. Від розташування у просторі складових елементів, що називається кристалічною структурою, та їх взаємодії залежать властивості та особливості матеріалу. Виходячи з цих параметрів, полімери поділяють на кристалічні та аморфні.

Кристалічні мають стабільну структуру, в якій дотримується певне розташування макромолекул. Аморфні складаються з макромолекул ближнього порядку, які лише у окремих зонах мають стабільну структуру.

Структура та ступінь кристалізації залежить від кількох факторів, таких як температура кристалізації, молекулярна маса та концентрованість розчину полімеру.

1. Склоподібність. Ця властивість характерна для аморфних полімерів, які при зниженні температури або підвищенні тиску знаходять склоподібну структуру. У разі припиняється тепловий рух макромолекул. Температурні інтервали, при яких відбувається процес склоутворення, залежить від типу полімеру, його структури та властивостей структурних елементів.
2. В'язкотекучий стан. Це властивість, за якого відбуваються незворотні зміниформи та обсягу матеріалу під впливом сторонніх сил. У в'яжучому стані структурні елементипереміщуються у лінійному напрямі, що стає причиною зміни його форми.

Будова неорганічних полімерів

Така властивість дуже важлива в деяких сферах промисловості. Найбільш часто його використовують при переробці термопластів за допомогою таких методів як лиття під тиском, екструзія, вакуум-формування та інші. При цьому полімер розплавляється при підвищених температурах та високому тиску.

Види неорганічних полімерів

Сьогодні існують певні критерії, за якими класифікуються неорганічні полімери. Основні з яких:

• природа походження;
• види хімічних елементівта їх різноманітність;
• кількість мономірних ланок;
• будова полімерного ланцюга;
• фізичні та хімічні властивості.

Залежно від природи походження класифікують синтетичні та натуральні полімери. Натуральні формуються в природних умовбез участі людини, а синтетичні виробляються та модифікуються у промислових умовах для досягнення необхідних властивостей.

На сьогоднішній день існує безліч видів неорганічних полімерів, серед яких виділяються найбільш широко використовувані. До таких належить азбест.

Азбест – тонковолокнистий мінерал, який належить до групи силікатів. Хімічний склад азбесту представлений силікатами магнію, залози, натрію та кальцію. Азбест має канцерогенними властивостямитому дуже небезпечний для здоров'я людини. Він дуже небезпечний для працівників, зайнятих з його видобутку. Але у вигляді готових виробів він досить безпечний, тому що не розчиняється у різних рідинах і не вступає з ними в реакцію.

Силікон – один із найпоширеніших синтетичних неорганічних полімерів. Його легко зустріти у повсякденному житті. Наукова назва силікону – полісилоксан. Його хімічний складявляє собою зв'язок кисню та кремнію, який надає силікону властивості високої міцності та гнучкості. Завдяки цьому силікон здатний витримати високі температури і фізичні навантаженняне втрачаючи міцності, зберігаючи форму та структуру.

Полімери вуглецю дуже поширені у природі. Існує також безліч видів, що синтезуються людиною у промислових умовах. Серед природних полімерів виділяється діамант. Цей матеріал неймовірно міцний і має кристально чисту структуру.

Карбін - це синтетичний вуглецевий полімер, який має підвищені властивості міцності, що не поступаються алмазу і графену. Виготовляється у вигляді чорного морошка дрібнокристалічної структури. Має властивості електропровідності, яка збільшується під впливом світла. Здатний витримати температуру 5000 градусів не втрачаючи властивостей.

Графіт – вуглецевий полімер, структура якого відрізняється площинною орієнтацією. Через це структура графіту шарувата. Цей матеріал проводить електрику, тепло, але не пропускає світло. Його різновидом є графен, що складається з одного шару молекул вуглецю.

Полімери бору відрізняються високою твердістю, не сильно поступаючись алмазам. Здатні витримати температуру понад 2000 градусів, що набагато більше за прикордонну температуру алмазу.

Полімери селену - досить широкий ряд неорганічних матеріалів. Найбільш відомий з них – карбід селену. Карбід селену – міцний матеріал, що має вигляд прозорих кристалів.

Полісилани мають особливими властивостямиякі відрізняють їх від інших матеріалів. Цей вид проводить електрику та витримує температуру до 300 градусів.

Застосування

Неорганічні полімери використовуються практично у всіх сферах нашого життя. Залежно від виду, вони мають різні властивості. Головна їх особливість у тому, що штучні матеріали мають покращені властивості в порівнянні з органічними матеріалами.

Азбест застосовується у різних сферах, переважно, у будівництві. Зі сумішей цементу з азбестом виробляють шифер і різні типи труб. Також азбест застосовують зниження кислотного впливу. У легкій промисловості азбест застосовується для пошиття протипожежних костюмів.

Силікон застосовується у різних сферах. З нього виробляють трубки для хімічної промислової, елементи, що використовуються в харчової промисловості, а також використовують у будівництві як герметик.

В цілому силікон один з найбільш функціональних неорганічних полімерів.

Діамант найбільш відомий як ювелірний матеріал. Він дуже дорогий завдяки своїй красі та складності видобутку. Але алмази також використовуються у промисловості. Цей матеріал необхідний у різальних пристроях для розпилювання дуже міцних матеріалів. Він може використовуватися в чистому вигляді як різець або як напилення на ріжучі елементи.

Графіт широко використовується в різних сферах, з нього роблять олівці, він застосовується в машинобудуванні, в атомній промисловості та у вигляді графітових стрижнів.

Графен і карбін поки що маловивчені, тому сфера їх застосування обмежена.

Полімери бору використовуються для виробництва абразивних матеріалів, ріжучих елементів та . Інструменти такого матеріалу необхідні для обробки металу.

Карбід селену застосовується для виробництва гірського кришталю. Його одержують шляхом нагрівання до 2000 градусів кварцового піску та вугілля. Кришталь використовують для виробництва високоякісного посуду та предметів інтер'єру.