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Os polímeros orgânicos desempenham um papel significativo na natureza. Além disso, são amplamente utilizados na indústria. A seguir, são consideradas a composição, propriedades e uso de polímeros orgânicos.

Peculiaridades

Os materiais considerados consistem em monômeros representados por fragmentos repetidos de uma estrutura de vários átomos. Eles estão conectados em estruturas tridimensionais ou cadeias de formato ramificado ou linear devido à policondensação ou polimerização. Muitas vezes são claramente visíveis na estrutura.

Deve-se dizer que o termo “polímeros” refere-se principalmente a opções orgânicas, embora também existam compostos inorgânicos.

O princípio de nomear os materiais em consideração é anexar o prefixo poli ao nome do monômero.

As propriedades dos polímeros são determinadas pela estrutura e tamanho das macromoléculas.

Além das macromoléculas, a maioria dos polímeros inclui outras substâncias que servem para melhorar as características funcionais através da modificação de propriedades. Eles são apresentados:

• estabilizadores (previnem reações de envelhecimento);
• cargas (inclusões de diferentes estados de fase que servem para conferir propriedades específicas);
• plastificantes (aumentam a resistência ao gelo, reduzem a temperatura de processamento e melhoram a elasticidade);
• lubrificantes (permite evitar aderência de elementos metálicos dos equipamentos utilizados no processamento);
• corantes (servir em fins decorativos e para criar marcações);
• retardadores de chama (reduzem a inflamabilidade de alguns polímeros);
• fungicidas, anti-sépticos, inseticidas (dão propriedades anti-sépticas e resistência a insetos e fungos).

No ambiente natural, os materiais em questão são formados em organismos.

Além disso, existem compostos com estrutura próxima aos polímeros, chamados oligômeros. Suas diferenças consistem em um menor número de unidades e na alteração das propriedades iniciais quando uma ou mais delas são removidas ou adicionadas, enquanto os parâmetros dos polímeros são preservados. Além disso, não existe uma opinião clara sobre a relação entre estes compostos. Alguns consideram os oligômeros variantes de polímeros de baixo peso molecular, enquanto outros os consideram um tipo separado de composto que não tem alto peso molecular.

Classificação

Os polímeros são diferenciados pela composição das unidades em:

• orgânico;
• organoelemento;
• inorgânico.

Os primeiros servem de base para a maioria dos plásticos.

As substâncias do segundo tipo incluem hidrocarbonetos (orgânicos) e fragmentos inorgânicos em suas unidades.

De acordo com sua estrutura são diferenciados em:

• opções em que átomos de diferentes elementos são enquadrados em grupos orgânicos;
• substâncias onde átomos de carbono se alternam com outros;
• materiais com cadeias de carbono emolduradas por grupos de organoelementos.

Todos os tipos apresentados possuem circuitos principais.

O mais comum entre polímeros inorgânicos são aluminossilicatos e silicatos. Estes são os principais minerais da crosta do planeta.

Com base na sua origem, os polímeros são classificados em:

• natural;
• sintético (sintetizado);
• modificado (variantes modificadas do primeiro grupo).

Estes últimos são divididos de acordo com o método de produção em:

• policondensação;
• polimerização

A policondensação é o processo de formação de macromoléculas a partir de moléculas de monômeros contendo mais de um grupo funcional com liberação de NH 3, água e outras substâncias.

A polimerização refere-se ao processo de formação de macromoléculas com múltiplas ligações a partir de um monômero.

A classificação por estrutura macromolecular inclui:

• ramificado;
• linear;
• costurado tridimensional;
• escadas

Com base na sua resposta aos efeitos térmicos, os polímeros são diferenciados em:

• termoendurecível;
• termoplástico.

As substâncias do primeiro tipo são representadas por variantes espaciais com estrutura rígida. Quando aquecidos, eles são destruídos e alguns pegam fogo. Isto se deve à força igual das conexões internas e das conexões da cadeia. Como resultado, o efeito térmico leva à ruptura das cadeias e da estrutura, ocorrendo assim uma destruição irreversível.

As opções termoplásticas são representadas por polímeros lineares que amolecem reversivelmente quando aquecidos e endurecem quando resfriados. Suas propriedades são então preservadas. A plasticidade dessas substâncias se deve à ruptura das ligações intermoleculares e de hidrogênio das cadeias sob aquecimento moderado.

Finalmente, de acordo com suas características estruturais, os polímeros orgânicos são divididos em diversas classes.

1. Termoplásticos fracos e apolares. Apresentam-se em variantes com estrutura molecular simétrica ou com ligações fracamente polares.
2. Termoplásticos polares. Este tipo inclui substâncias com estrutura molecular assimétrica e momentos dipolares próprios. Às vezes são chamados de dielétricos de baixa frequência. Devido à sua polaridade, eles atraem bem a umidade. Além disso, a maioria deles é molhável. Essas substâncias também se diferenciam da classe anterior por apresentarem menor resistência elétrica. Além disso, muitos dos termoplásticos polares são caracterizados por alta elasticidade, resistência química e resistência mecânica. O processamento adicional permite que esses compostos sejam convertidos em materiais flexíveis semelhantes a borracha.
3. Polímeros termoendurecíveis. Como mencionado acima, são substâncias com um sistema espacial de ligações covalentes. Eles diferem das opções termoplásticas em dureza, resistência ao calor e fragilidade, maior módulo de elasticidade e menor coeficiente de expansão linear. Além disso, tais polímeros não são suscetíveis a solventes convencionais. Eles servem de base para muitas substâncias.
4. Plásticos laminados. Eles são representados por materiais em camadas de folhas de papel impregnadas de resina, fibra de vidro, folheado de madeira, tecido, etc. Tais polímeros são caracterizados pela maior anisotropia de características e resistência. Mas eles são de pouca utilidade para criar objetos de configuração complexa. Eles são usados ​​em rádio, engenharia elétrica e fabricação de instrumentos.
5. Metal-plásticos. São polímeros que incluem cargas metálicas na forma de fibras, pós e tecidos. Esses aditivos servem para conferir propriedades específicas: magnéticas, melhorar o amortecimento, a condutividade elétrica e térmica, a absorção e a reflexão das ondas de rádio.

Propriedades

Muitos polímeros orgânicos possuem bons parâmetros de isolamento elétrico em uma ampla faixa de tensões, frequências e temperaturas, e em alta umidade. Além disso, possuem boas características de isolamento acústico e térmico. Os polímeros orgânicos também são geralmente caracterizados por alta resistência ao ataque químico e não estão sujeitos a apodrecimento ou corrosão. Finalmente, esses materiais apresentam grande resistência em baixa densidade.

Os exemplos acima demonstram características comuns aos polímeros orgânicos. Além disso, alguns deles são diferentes recursos específicos: transparência e baixa fragilidade (vidro orgânico, plásticos), orientação macromolecular com influência mecânica direcionada (fibras, filmes), alta elasticidade (borracha), rápida mudança nos parâmetros físicos e mecânicos sob a influência de um reagente em pequenas quantidades (borracha, couro , etc.), bem como alta viscosidade em baixas concentrações, radiotransparência, características antifricção, diamagnetismo, etc.

Aplicativo

Devido aos parâmetros acima, os polímeros orgânicos possuem uma ampla gama de aplicações. Assim, a combinação de alta resistência com baixa densidade permite obter materiais com alta resistência específica (tecidos: couro, lã, pele, algodão, etc.; plásticos).

Além dos citados, outros materiais são produzidos a partir de polímeros orgânicos: borrachas, tintas e vernizes, adesivos, vernizes isolantes elétricos, substâncias fibrosas e cinematográficas, compostos, ligantes (cal, cimento, argila). Eles são usados ​​para necessidades industriais e domésticas.

No entanto, os polímeros orgânicos têm uma desvantagem prática significativa - o envelhecimento. Este termo refere-se a uma mudança em suas características e tamanhos como resultado de transformações físicas e químicas que ocorrem sob a influência de diversos fatores: abrasão, aquecimento, irradiação, etc. O mais comum entre eles é a destruição, que envolve a formação de substâncias de menor peso molecular devido à ruptura da ligação química da cadeia principal. Com base nos motivos, a destruição é dividida em térmica, química, mecânica, fotoquímica.

História

A pesquisa de polímeros começou a se desenvolver na década de 40. Século XX e emergiu como um campo científico independente em meados do século. Isso se deveu ao desenvolvimento do conhecimento sobre o papel dessas substâncias no mundo orgânico e à identificação das possibilidades de sua utilização na indústria.

Ao mesmo tempo, polímeros em cadeia foram produzidos no início do século XX.

Em meados do século, eles dominaram a produção de polímeros eletricamente isolantes (policloreto de vinila e poliestireno) e plexiglass.

No início da segunda metade do século, a produção de tecidos poliméricos se expandiu devido ao retorno dos materiais anteriormente produzidos e ao surgimento de novas opções. Entre eles estão algodão, lã, seda, lavsan. No mesmo período, graças ao uso de catalisadores, iniciou-se a produção de polietileno e polipropileno de baixa pressão e variantes estereorregulares cristalizantes. Um pouco mais tarde, dominaram a produção em massa dos mais famosos selantes, materiais porosos e adesivos, representados pelos poliuretanos, além de polímeros organoelementares, que se diferenciam dos análogos orgânicos pela maior elasticidade e resistência ao calor (polissiloxanos).

Nos anos 60-70. Foram criados polímeros orgânicos exclusivos com componentes aromáticos, caracterizados por alta resistência ao calor e resistência.

A produção de polímeros orgânicos ainda está em intenso desenvolvimento. Isto deve-se à possibilidade de utilização de materiais baratos como o carvão, gases associados à refinação e produção de petróleo e gases naturais, juntamente com a água e o ar como matéria-prima para a maioria deles.

Polímeros são compostos de alto peso molecular que consistem em muitos monômeros. Os polímeros devem ser diferenciados de oligômeros, ao contrário dos quais, ao adicionar outra unidade numerada, as propriedades do polímero não mudam.

A ligação entre as unidades monoméricas pode ser feita por meio de ligações químicas, caso em que são chamadas de termofixos, ou pela força de ação intermolecular, típica dos chamados termoplásticos.

A combinação de monômeros para formar um polímero pode ocorrer como resultado de uma reação de policondensação ou polimerização.

Existem muitos compostos semelhantes encontrados na natureza, sendo os mais famosos as proteínas, a borracha, os polissacarídeos e o ácido nucléico. Esses materiais são chamados de orgânicos.

Hoje, um grande número de polímeros é produzido sinteticamente. Tais compostos são chamados de polímeros inorgânicos. Os polímeros inorgânicos são produzidos pela combinação de elementos naturais através de reações de policondensação, polimerização e transformação química. Isso permite que você substitua itens caros ou raros materiais naturais, ou criar novos que não tenham análogos na natureza. A principal condição é que o polímero não contenha elementos de origem orgânica.

Os polímeros inorgânicos, devido às suas propriedades, ganharam grande popularidade. A gama de sua utilização é bastante ampla, novas áreas de aplicação são constantemente encontradas e novos tipos de materiais inorgânicos são desenvolvidos.

Principais recursos

Hoje, existem diversos tipos de polímeros inorgânicos, tanto naturais quanto sintéticos, que possuem diferentes composições, propriedades, escopo de aplicação e estado de agregação.

O atual nível de desenvolvimento da indústria química permite a produção de polímeros inorgânicos em grandes volumes. Para obter tal material é necessário criar condições de alta pressão e alta temperatura. A matéria-prima para produção é uma substância pura passível de processo de polimerização.

Os polímeros inorgânicos caracterizam-se pelo fato de possuírem maior resistência, flexibilidade, serem difíceis de atacar por produtos químicos e serem resistentes a altas temperaturas. Mas alguns tipos podem ser frágeis e sem elasticidade, mas ao mesmo tempo são bastante fortes. Os mais famosos são grafite, cerâmica, amianto, vidro mineral, mica, quartzo e diamante.

Os polímeros mais comuns são baseados em cadeias de elementos como silício e alumínio. Isso se deve à abundância desses elementos na natureza, principalmente o silício. Os mais famosos entre eles são os polímeros inorgânicos, como silicatos e aluminossilicatos.

As propriedades e características variam não apenas dependendo da composição química do polímero, mas também do peso molecular, grau de polimerização, estrutura atômica e polidispersidade.

Polidispersidade é a presença de macromoléculas de diferentes massas na composição.

A maioria dos compostos inorgânicos é caracterizada pelos seguintes indicadores:

1. Elasticidade. Uma característica como a elasticidade mostra a capacidade de um material aumentar de tamanho sob a influência de uma força externa e retornar ao seu estado original após a remoção da carga. Por exemplo, a borracha pode expandir de sete a oito vezes sem alterar sua estrutura ou causar qualquer dano. O retorno da forma e do tamanho é possível mantendo a localização das macromoléculas na composição, apenas seus segmentos individuais se movem;
2. Estrutura cristalina. As propriedades e características do material dependem do arranjo espacial dos elementos constituintes, que é chamado de estrutura cristalina, e de suas interações. Com base nesses parâmetros, os polímeros são divididos em cristalinos e amorfos.

Os cristalinos possuem uma estrutura estável na qual se observa um certo arranjo de macromoléculas. As amorfas consistem em macromoléculas de ordem de curto alcance, que possuem estrutura estável apenas em determinadas zonas.

A estrutura e o grau de cristalização dependem de vários fatores, como temperatura de cristalização, peso molecular e concentração da solução polimérica.

1. Vitrificação. Essa propriedade é característica dos polímeros amorfos, que, quando a temperatura diminui ou a pressão aumenta, adquirem uma estrutura vítrea. Nesse caso, o movimento térmico das macromoléculas é interrompido. As faixas de temperatura nas quais ocorre o processo de formação do vidro dependem do tipo de polímero, de sua estrutura e das propriedades dos elementos estruturais.
2. Estado de fluxo viscoso. Esta é uma propriedade na qual ocorrem mudanças irreversíveis na forma e no volume de um material sob a influência de forças externas. Em estado de fluxo viscoso elementos estruturais mover-se em uma direção linear, o que causa uma mudança em sua forma.

Estrutura de polímeros inorgânicos

Esta propriedade é muito importante em algumas indústrias. É mais frequentemente utilizado no processamento de termoplásticos utilizando métodos como moldagem por injeção, extrusão, formação a vácuo e outros. Neste caso, o polímero funde a temperaturas elevadas e alta pressão.

Tipos de polímeros inorgânicos

Hoje, existem certos critérios pelos quais os polímeros inorgânicos são classificados. Os principais:

• natureza de origem;
• tipos de elementos químicos e sua diversidade;
• número de unidades monoméricas;
• estrutura da cadeia polimérica;
• propriedades físicas e químicas.

Dependendo da natureza de origem, os polímeros sintéticos e naturais são classificados. Os naturais são formados em condições naturais sem intervenção humana, enquanto os sintéticos são produzidos e modificados em condições industriais para atingir as propriedades exigidas.

Hoje, existem muitos tipos de polímeros inorgânicos, entre os quais estão os mais utilizados. Isso inclui amianto.

O amianto é um mineral de fibra fina que pertence ao grupo dos silicatos. A composição química do amianto é representada por silicatos de magnésio, ferro, sódio e cálcio. O amianto tem propriedades cancerígenas e, portanto, é muito perigoso para a saúde humana. É muito perigoso para os trabalhadores envolvidos na sua extração. Mas na forma de produtos acabados é bastante seguro, pois não se dissolve em diversos líquidos e não reage com eles.

O silicone é um dos polímeros inorgânicos sintéticos mais comuns. É fácil encontrá-lo em vida cotidiana. O nome científico do silicone é polissiloxano. Sua composição química é uma ligação de oxigênio e silício, o que confere ao silicone propriedades de alta resistência e flexibilidade. Graças a isso, o silicone é capaz de suportar altas temperaturas e esforços físicos sem perder resistência, mantendo sua forma e estrutura.

Os polímeros de carbono são muito comuns na natureza. Existem também muitas espécies sintetizadas industrialmente por humanos. Entre os polímeros naturais destaca-se o diamante. Este material é incrivelmente durável e possui uma estrutura cristalina.

Carbyne é um polímero de carbono sintético que possui propriedades de resistência aumentadas que não são inferiores ao diamante e ao grafeno. É produzido na forma de amora preta com fina estrutura cristalina. Possui propriedades de condutividade elétrica, que aumenta sob a influência da luz. Capaz de suportar temperaturas de 5.000 graus sem perder propriedades.

A grafite é um polímero de carbono cuja estrutura é caracterizada pela orientação planar. Por causa disso, a estrutura do grafite é em camadas. Este material conduz eletricidade e calor, mas não transmite luz. Sua variedade é o grafeno, que consiste em uma única camada de moléculas de carbono.

Os polímeros de boro são caracterizados por alta dureza, não muito inferior aos diamantes. Capaz de suportar temperaturas superiores a 2.000 graus, o que é muito superior à temperatura limite do diamante.

Os polímeros de selênio são uma gama bastante ampla de materiais inorgânicos. O mais famoso deles é o carboneto de selênio. O carboneto de selênio é um material durável que se apresenta na forma de cristais transparentes.

Os polissilanos possuem propriedades especiais que os distinguem de outros materiais. Este tipo conduz eletricidade e pode suportar temperaturas de até 300 graus.

Aplicativo

Os polímeros inorgânicos são utilizados em quase todas as áreas das nossas vidas. Dependendo do tipo, eles possuem propriedades diferentes. Sua principal característica é que os materiais artificiais possuem propriedades melhoradas em comparação aos materiais orgânicos.

O amianto é utilizado em diversas áreas, principalmente na construção. Misturas de cimento e amianto são utilizadas para produzir ardósia e diversos tipos de tubos. O amianto também é usado para reduzir o efeito ácido. Na indústria leve, o amianto é usado para costurar roupas de combate a incêndio.

O silicone é usado em vários campos. É utilizado na produção de tubos para a indústria química, elementos utilizados na indústria alimentícia e também na construção civil como selante.

Em geral, o silicone é um dos polímeros inorgânicos mais funcionais.

O diamante é mais conhecido como material de joalheria. É muito caro devido à sua beleza e dificuldade de extração. Mas os diamantes também são usados ​​na indústria. Este material é necessário em dispositivos de corte para cortar materiais muito duráveis. Pode ser utilizado puro como cortador ou como spray em elementos de corte.

O grafite é amplamente utilizado em diversas áreas; a partir dele são feitos lápis, é utilizado na engenharia mecânica, na indústria nuclear e na forma de bastões de grafite.

O grafeno e o carbino ainda são pouco compreendidos, por isso o seu âmbito de aplicação é limitado.

Polímeros de boro são usados ​​para produzir abrasivos, elementos de corte, etc. Ferramentas feitas com esse material são necessárias para o processamento de metal.

O carboneto de selênio é usado para produzir cristal de rocha. É obtido aquecendo areia de quartzo e carvão a 2.000 graus. O cristal é usado para produzir talheres e itens de interior de alta qualidade.

POLÍMEROS INORGÂNICOS

Eles têm uma substância inorgânica cadeias principais e não contêm org. radicais laterais. As cadeias principais são construídas a partir de ligações covalentes ou iônico-covalentes; em alguns N. p. a cadeia de ligações iônico-covalentes pode ser interrompida por juntas de coordenação únicas. personagem. Estrutural N. p. é realizado de acordo com as mesmas características do org. ou elementoorg. polímeros (ver Compostos de alto peso molecular). Entre os N. p. naturais. os reticulares são comuns e fazem parte da maioria dos minerais da crosta terrestre. Muitos deles formam uma espécie de diamante ou quartzo. Os elementos superiores são capazes de formar n.p. linhas III-VI gr. periódico sistemas. Dentro dos grupos, à medida que o número de linhas aumenta, a capacidade dos elementos de formar cadeias homo ou heteroatômicas diminui drasticamente. Halogênios, como em org. polímeros, desempenham o papel de agentes de terminação de cadeia, embora todas as combinações possíveis deles com outros elementos possam formar grupos laterais. Elementos VIII gr. podem ser incluídos na cadeia principal, formando uma coordenação. N. p. Estes últimos, em princípio, são diferentes de org. polímeros de coordenação, onde está o sistema de coordenação os títulos formam apenas uma estrutura secundária. Sr. ou sais metálicos de valência variável macroscopicamente. St. você parece malha N. p.

Cadeias homoatômicas longas (com grau de polimerização n >= 100) formam apenas os elementos do grupo VI – S, Se e Te. Essas cadeias consistem apenas em átomos da espinha dorsal e não contêm grupos laterais, mas as estruturas eletrônicas das cadeias de carbono e das cadeias S, Se e Te são diferentes. Carbono linear - cumulenos=C=C=C=C= ... e carro-bin ChS = SCHS = MF... (ver Carbono); além disso, o carbono forma cristais covalentes bidimensionais e tridimensionais, respectivamente. grafite E diamante. Enxofre e telúrio formam cadeias atômicas com ligações simples e muito altas pág. Eles têm o caráter de uma transição de fase, e a região de temperatura de estabilidade do polímero tem um limite inferior manchado e superior bem definido. Abaixo e acima desses limites são estáveis, respectivamente. cíclico octâmeros e moléculas diatômicas.

Dr. elementos, mesmo os vizinhos mais próximos do carbono em psiriódico. o sistema-B e o Si não são mais capazes de formar cadeias homoatômicas ou cíclicas. oligômeros com n >= 20 (independentemente da presença ou ausência de grupos laterais). Isto se deve ao fato de que apenas os átomos de carbono são capazes de formar ligações puramente covalentes entre si. Por esta razão, heterochain binária tipo n.p. [HMPLH] são mais comuns. n(ver tabela), onde os átomos M e L formam ligações iônico-covalentes entre si. Em princípio, as cadeias lineares de heterocadeia não precisam necessariamente ser binárias: uma seção da cadeia que se repete regularmente pode. formado por combinações mais complexas de átomos. A inclusão de átomos metálicos na cadeia principal desestabiliza a estrutura linear e reduz drasticamente i.

COMBINAÇÕES DE ELEMENTOS QUE FORMAM BINÁRIO POLÍMEROS INORGÂNICOS HETEROCÍNICOS TIPO [HMMHLH] n(MARCADO COM SINAL A +)

* Também forma inorg. polímeros de composição [CHVCHRCH] n.

As peculiaridades da estrutura eletrônica das cadeias principais de nucleotídeos homocadeias as tornam muito vulneráveis ​​ao ataque de nucleófilos. ou eletrof. agentes. Só por esta razão, cadeias contendo como componente L ou outros adjacentes a ele em periodicidade são relativamente mais estáveis. sistema. Mas essas cadeias geralmente também precisam de estabilização na natureza. N.P. está associado à formação de estruturas de rede e a um intermolecular muito forte. interação grupos laterais (incluindo a formação de pontes salinas), como resultado dos quais a maioria dos itens N. mesmo lineares são insolúveis e macroscópicos. St. você é semelhante ao reticular N. p.

Prático De interesse são os itens N. lineares, que são os mais comuns. os graus são semelhantes aos orgânicos - eles podem existir na mesma fase, estados agregados ou de relaxamento e formar supermoles semelhantes. estruturas, etc. Essas nanopartículas podem ser borrachas resistentes ao calor, vidros, materiais formadores de fibras, etc., e também exibem uma série de propriedades que não são mais inerentes ao org. polímeros. Estes incluem polifosfazenos,óxidos de enxofre poliméricos (com diferentes grupos laterais), fosfatos, . Certas combinações de M e L formam cadeias que não possuem análogos entre org. polímeros, por exemplo com uma ampla banda de condução e . Ter um apartamento ou espaço bem desenvolvido possui uma ampla banda de condução. estrutura. Um supercondutor comum em temperaturas próximas de 0 K é o polímero [ЧSNЧ] X; em temperaturas elevadas, perde supercondutividade, mas mantém suas propriedades semicondutoras. Nanopartículas supercondutoras de alta temperatura devem possuir estrutura cerâmica, ou seja, devem conter oxigênio em sua composição (nos grupos laterais).

O processamento de nitrato em vidro, fibras, cerâmica, etc. requer fusão, e isso geralmente é acompanhado por despolimerização reversível. Portanto, agentes modificadores são geralmente usados ​​para estabilizar estruturas moderadamente ramificadas em fundidos.

Lit.: Enciclopédia de Polímeros, vol. 2, M., 1974, p. 363-71; Bartenev G.M., Vidros inorgânicos ultrafortes e de alta resistência, M., 1974; Korshak V.V., Kozyreva N.M., "Advances in Chemistry", 1979, v. 1, pág. 5-29; Polímeros inorgânicos, em: Enciclopédia de ciência e tecnologia de polímeros, v. 7, NY-L.-Sydney, 1967, p. 664-91. S. Ya.

Enciclopédia Química. - M.: Enciclopédia Soviética. Ed. IL Knunyants. 1988 .

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Ah; por favor. (polímero unitário, a; m.). [do grego polys numerosos e meros compartilham, parte] Alto peso molecular compostos químicos, consistindo em grupos homogêneos de átomos repetidos, amplamente utilizados na tecnologia moderna. Produtos naturais, sintéticos... ... Dicionário Enciclopédico

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EM mundo moderno Praticamente não existe pessoa que não tenha pelo menos alguma ideia sobre polímeros. Os polímeros acompanham a vida de uma pessoa, tornando sua vida cada vez mais cómoda e confortável. Ao falar de polímeros, as primeiras associações serão com substâncias orgânicas sintéticas, por serem mais visíveis. Polímeros naturais - substâncias orgânicas naturais - embora existam mais no mundo que nos rodeia, na percepção associativa de uma pessoa eles ficam em segundo plano. Eles sempre nos cercam, mas ninguém pensa na natureza da origem da flora e da fauna. Celulose, amido, lignina, borracha, proteínas e ácidos nucléicos são os principais materiais utilizados pela natureza para criar os animais que nos rodeiam e flora. E ninguém os perceberá como polímeros. gemas, grafite, mica, areia e argila, vidro e cimento. No entanto, a ciência estabeleceu o fato da estrutura polimérica de muitos compostos inorgânicos, incluindo os listados acima. As substâncias poliméricas consistem em macromoléculas. Quando os polímeros são formados, um grande número de átomos ou grupos de átomos são ligados entre si por ligações químicas - covalentes ou de coordenação. As macromoléculas poliméricas contêm dezenas, centenas, milhares ou dezenas de milhares de átomos ou unidades elementares repetidas. Informações sobre a estrutura do polímero foram obtidas através do estudo das propriedades das soluções, da estrutura dos cristais, mecânicas e físicas propriedades químicas substâncias inorgânicas. Em apoio ao acima exposto, deve-se notar que há um número suficiente literatura científica, confirmando o fato da estrutura polimérica de algumas substâncias inorgânicas.

Uma observação lógica seria: por que existe tanta informação sobre polímeros orgânicos sintéticos e tão pouca informação sobre os inorgânicos? Se existem substâncias poliméricas inorgânicas, o que são exatamente e onde são utilizadas? Vários exemplos de polímeros inorgânicos foram dados acima. São substâncias conhecidas e que todos conhecem, mas poucos sabem que essas substâncias podem ser classificadas como polímeros. Em geral, o cidadão comum não se importa se o grafite pode ser classificado como polímero ou não, como no caso das pedras preciosas, para alguns pode até ser ofensivo, igualando; jóias caras com jóias de plástico baratas. No entanto, se há razão para chamar algumas substâncias inorgânicas de polímeros, então por que não falar sobre isso? Vejamos alguns representantes desses materiais e vejamos com mais detalhes os mais interessantes.
A síntese de polímeros inorgânicos geralmente requer materiais de partida muito puros, bem como altas temperaturas e pressões. Os principais métodos para sua produção, assim como os polímeros orgânicos, são polimerização, policondensação e policoordenação. Os polímeros inorgânicos mais simples incluem compostos homocadeias que consistem em cadeias ou estruturas construídas a partir de átomos idênticos. Além do conhecido carbono, principal elemento envolvido na construção de quase todos os polímeros orgânicos, outros elementos também podem participar da construção de macromoléculas. Esses elementos incluem o boro do terceiro grupo, o silício, o germânio e o estanho do quarto grupo, que também inclui carbono, fósforo, arsênico, antimônio e bismuto do quinto grupo, enxofre, selênio, telúrio do sexto. Principalmente os polímeros homocadeia obtidos a partir desses elementos são utilizados em eletrônica e óptica. A indústria electrónica está a desenvolver-se a um ritmo muito elevado e a procura de cristais sintéticos há muito excede a oferta. Digno de nota, no entanto, é o carbono e os polímeros inorgânicos produzidos a partir dele: diamante e grafite. Grafite, material famoso, que encontrou aplicação em vários setores. Lápis, eletrodos, cadinhos, tintas e lubrificantes são feitos de grafite. Milhares de toneladas de grafite vão para as necessidades da indústria nuclear devido às suas propriedades de desacelerar nêutrons. No artigo nos deteremos com mais detalhes sobre o representantes interessantes polímeros inorgânicos - pedras preciosas.
O representante mais interessante, pretensioso e amado pelas mulheres dos polímeros inorgânicos são os diamantes. Os diamantes são minerais muito caros, que também podem ser classificados como polímeros inorgânicos; são extraídos na natureza por cinco grandes empresas: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. Foi a empresa DeBeers quem criou a reputação destas pedras. O marketing inteligente se resume ao slogan “para sempre”. DeBeers transformou esta pedra em um símbolo de amor, prosperidade, poder e sucesso. Um fato interessante é que os diamantes são encontrados com bastante frequência na natureza, por exemplo safiras e rubis, que são minerais mais raros, mas têm valor inferior ao dos diamantes. O mais interessante é a situação que se desenvolveu no mercado de diamantes naturais. O fato é que existem tecnologias que permitem a obtenção de diamantes sintéticos. Em 1954, a pesquisadora da General Electric, Tracy Hall, inventou um dispositivo que permitia obter cristais de diamante a partir de sulfeto de ferro a uma pressão de 100.000 atmosferas e a uma temperatura superior a 2.500ºC. A qualidade dessas pedras não era alta do ponto de vista joalheiro, mas a dureza era igual à da pedra natural. A invenção de Hall foi aprimorada e em 1960 a General Electric criou uma fábrica na qual era possível produzir diamantes com qualidade de gema. O ponto negativo foi que o preço das pedras sintéticas era superior ao das naturais.
No momento, existem duas tecnologias para sintetizar diamantes. A tecnologia HPHT (alta pressão/alta temperatura) é a síntese de diamantes em uma combinação de alta pressão e alta temperatura. A tecnologia CVD (deposição química de vapor) é uma tecnologia de deposição química de vapor considerada mais progressiva e permite cultivar diamante, como se simulasse as condições naturais de seu crescimento. Ambas as tecnologias têm vantagens e desvantagens. As campanhas que os utilizam resolvem as deficiências da tecnologia usando suas próprias invenções e desenvolvimentos. Por exemplo, em 1989, um grupo de cientistas soviéticos de Novosibirsk conseguiu reduzir a pressão de fusão para 60.000 atmosferas. Após o colapso da União Soviética, o desenvolvimento no campo da síntese de diamantes não foi interrompido graças a muitos investidores estrangeiros interessados ​​em obter a tecnologia para a síntese barata de pedras preciosas de alta qualidade. Por exemplo, a DeBeers, para não perder a oportunidade de controlar o mercado, financiou o trabalho de alguns cientistas. Alguns empresários privados compraram equipamento de síntese de diamantes na Rússia, por exemplo, a agora próspera empresa americana Gemesis começou por comprar uma instalação de cultivo de diamantes na Rússia em 1996 por 60.000 dólares. Agora a Gemesis produz e vende diamantes de cores raras: amarelo e azul, e a diferença de preço entre estes e exatamente as mesmas pedras naturais chega a 75%.

Outro grande empresa, que sintetiza diamantes - Apollo Diamond, aprimora a tecnologia HPHT ao sintetizar pedras em uma atmosfera gasosa de determinada composição (tecnologia de simbiose de HPHT e CVD). Este método traz a Apollo Diamond ao mercado de pedras joalheiras, ao mesmo tempo que a qualidade dos diamantes sintéticos cultivados com esta tecnologia é muito alta; É cada vez mais difícil para os gemotologistas distinguir as pedras sintéticas das naturais. Isso requer um conjunto de análises utilizando equipamentos bastante complexos e caros. Os diamantes sintéticos Apollo Diamond são quase impossíveis de distinguir dos minerais naturais usando métodos de análise padrão.

A produção mundial de diamantes é agora de 115 milhões de quilates ou 23 toneladas por ano. Teoricamente, este mercado gigantesco poderia entrar em colapso e a reputação dos diamantes como pedras preciosas seria perdida para sempre. As empresas monopolistas investem na estabilização da situação e no controle do mercado. Por exemplo, são realizadas campanhas de marketing dispendiosas, são adquiridas patentes para tecnologias de produção de diamantes artificiais para que essas tecnologias nunca sejam introduzidas, são emitidos certificados e passaportes de qualidade para diamantes de marca, confirmando a sua origem natural. Mas será que isto irá atrasar o progresso da tecnologia de fusão?

Depois de falar sobre diamantes, ficamos distraídos com o brilho das pedras preciosas da indústria joalheira, mas devemos destacar também as pedras industriais. Neste caso, a maioria das empresas produtoras de diamantes operam principalmente para as necessidades das indústrias electrónica e óptica. O mercado de pedras industriais pode não ser tão intrigante quanto o mercado de joias, mas ainda assim é enorme. Por exemplo, a principal receita da Apollo Diamond é a síntese de discos finos de diamante para semicondutores. Aliás, agora uma instalação de síntese de diamantes com produtividade de cerca de 200 kg de diamantes por mês pode ser adquirida por 30 mil dólares.

Outro representante das pedras preciosas é o rubi. O primeiro rubi sintético nasceu em 1902. Foi sintetizado pelo engenheiro francês Verneuil fundindo óxido de alumínio e pó de cromo, que então cristalizou em um rubi de seis gramas. Esta simplicidade de síntese tornou possível desenvolver de forma relativamente rápida produção industrial rubis em todo o mundo. Esta pedra é muito procurada. Todos os anos, cerca de 5 toneladas de rubis são extraídas no mundo e as necessidades do mercado chegam a centenas de toneladas. Os rubis são necessários na indústria relojoeira e na produção de lasers. A tecnologia proposta por Verneuil forneceu posteriormente os pré-requisitos para a síntese de safiras e granadas. Maioria grandes produções rubis artificiais são encontrados na França, Suíça, Alemanha, Grã-Bretanha e EUA. A economia da produção é a seguinte. A maior parte dos custos é consumida pelos custos de energia. Ao mesmo tempo, o custo de sintetizar um quilograma de rubis é de 60 dólares, o custo de um quilograma de safiras é de 200 dólares. A rentabilidade desse tipo de negócio é muito alta, já que o preço de compra dos cristais é pelo menos duas vezes maior. Aqui uma série de fatores devem ser levados em consideração, como o fato de que quanto maior o monocristal cultivado, menor será o seu custo e, na produção de produtos a partir de cristais, seu preço será muito superior ao preço dos cristais vendidos (por exemplo); por exemplo, a produção e venda de vidro). Quanto aos equipamentos, as instalações russas para o cultivo de cristais custam cerca de 50 mil dólares, as ocidentais são uma ordem de grandeza mais caras, enquanto o período de retorno da produção organizada é em média de dois anos. Como já mencionado, as necessidades do mercado por cristais sintéticos são colossais. Por exemplo, os cristais de safira são muito procurados. Cerca de mil toneladas de safiras são sintetizadas em todo o mundo por ano. As necessidades de produção anual chegam a um milhão de toneladas!
As esmeraldas são sintetizadas exclusivamente para as necessidades da indústria joalheira. Ao contrário de outros cristais, a esmeralda não é obtida a partir de um fundido, mas de uma solução de anidrido de boro a uma temperatura de 400°C e uma pressão de 500 atmosferas em uma câmara hidrotérmica. É curioso que a extração de pedra natural seja de apenas 500 quilos por ano. As esmeraldas sintéticas no mundo também são produzidas em diferentes grandes quantidades, como outros cristais, cerca de uma tonelada por ano. O fato é que a tecnologia de síntese de esmeraldas é de baixa produtividade, mas a rentabilidade dessa produção é alta. Produzindo cerca de 5 quilos de cristais por mês a um custo de US$ 200 por quilo, o preço de venda das esmeraldas sintéticas é quase igual ao preço das naturais. O custo da instalação para síntese de esmeraldas é de cerca de 10 mil dólares.
Mas o cristal sintético mais popular é o silício. Talvez isso dê vantagens a qualquer pedra preciosa. Atualmente, o silício ocupa 80% do mercado total de cristais sintéticos. O mercado vive uma escassez de silício devido ao rápido desenvolvimento de tecnologias de ponta. Neste momento, a rentabilidade da produção de silício ultrapassa os 100%. O preço de um quilograma de silício é de cerca de US$ 100 por quilograma, enquanto o custo de síntese chega a US$ 25.

O silício ultrapuro é usado como semicondutor. Seus cristais são utilizados para fabricar fotocélulas solares com alto coeficiente de ação útil. O silício, assim como o carbono, pode criar longas cadeias moleculares a partir de seus átomos. Obtém-se assim o silano e a borracha, que possuem propriedades surpreendentes. Há vários anos, o mundo inteiro ficou entusiasmado com a notícia dos experimentos do engenheiro americano Walter Robbs, que conseguiu produzir um filme de borracha de silicone com 0,0025 centímetros de espessura. Ele cobriu a gaiola em que o hamster vivia com essa borracha e colocou o hamster no aquário. Durante várias horas, o primeiro hamster submarino do mundo respirou oxigênio dissolvido na água, ficou alerta e não mostrou sinais de ansiedade. Acontece que o filme desempenha o papel de uma membrana, desempenhando as mesmas funções das guelras dos peixes. O filme permite a entrada de moléculas de gás vital, enquanto o dióxido de carbono é expelido através do filme. Essa descoberta permite organizar a vida humana debaixo d'água, afastando cilindros com mistura respiratória e geradores de oxigênio.

O silício vem em três tipos: silício metalúrgico (MG), silício eletrônico (EG) e silício industrial. painéis solares(SG). Devido a uma série de crises energéticas, tecnologias energéticas alternativas estão sendo introduzidas de forma intensiva. Estas incluem a conversão de energia solar em energia elétrica, ou seja, a utilização de instalações solares alimentadas por baterias solares. Um componente importante das células solares é o silício. Na Ucrânia, a fábrica de titânio-magnésio de Zaporozhye produzia silício para painéis solares. Sob a União Soviética, esta empresa produziu 200 toneladas de silício, sendo o volume de produção em toda a União de 300 toneladas. O autor atualmente nada sabe sobre a situação da produção de silício em Zaporozhye. O custo de organização de uma produção moderna de silício policristalino para as necessidades da indústria energética com capacidade de 1.000 toneladas por ano é de cerca de 56 milhões de dólares. A síntese de silício para diversas necessidades em todo o mundo ocupa o primeiro lugar em demanda e manterá essa posição por muito tempo.

No artigo examinamos apenas alguns representantes de polímeros inorgânicos. Talvez muitas das coisas contadas acima tenham sido percebidas por alguns com surpresa e interesse genuíno. Alguém deu uma nova olhada no conceito de pedra filosofal, mesmo que não seja ouro, ainda é possível obter pedras preciosas a partir de óxidos metálicos indefinidos e outras substâncias comuns. Esperamos que o artigo tenha suscitado reflexão e pelo menos entretido o leitor com fatos interessantes.

Polímeros inorgânicos

• Polímeros inorgânicos- polímeros que não contêm ligações C-C na unidade de repetição, mas são capazes de conter um radical orgânico como substituintes laterais.

Classificação de polímeros

1. Polímeros homocadeia

Carbono e calcogênios (modificação plástica do enxofre).

Amianto de fibra mineral

Características do amianto

• Amianto(Grego ἄσβεστος, - indestrutível) é o nome coletivo de um grupo de minerais de fibras finas da classe dos silicatos. Consiste nas melhores fibras flexíveis.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - fórmula

• Os dois principais tipos de amianto são o amianto serpentino (amianto crisotila ou amianto branco) e o amianto anfibólio.

Composição química

• Em termos de composição química, o amianto são silicatos aquosos de magnésio, ferro e, parcialmente, cálcio e sódio. As seguintes substâncias pertencem à classe do amianto crisotila:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

Segurança

• O amianto é praticamente inerte e não se dissolve nos fluidos corporais, mas tem um efeito cancerígeno notável. As pessoas envolvidas na mineração e processamento de amianto têm várias vezes mais probabilidade de desenvolver tumores do que a população em geral. Na maioria das vezes causa câncer de pulmão, tumores de peritônio, estômago e útero.

• Com base nos resultados de extensas pesquisas científicas sobre agentes cancerígenos, a Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer classificou o amianto como um dos agentes cancerígenos mais perigosos da primeira categoria.

Aplicação de amianto

• Produção de tecidos resistentes ao fogo (inclusive para confecção de macacões para bombeiros).

• Na construção (como parte de misturas de cimento-amianto para produção de tubos e ardósia).

• Em locais onde é necessário reduzir a influência de ácidos.

O papel dos polímeros inorgânicos na formação da litosfera

Litosfera

• Litosfera- a casca dura da Terra. Consiste na crosta terrestre e na parte superior do manto, até a astenosfera.

A litosfera abaixo dos oceanos e continentes varia consideravelmente. A litosfera abaixo dos continentes consiste em camadas sedimentares, graníticas e basálticas com uma espessura total de até 80 km. A litosfera sob os oceanos passou por vários estágios de derretimento parcial como resultado da formação da crosta oceânica, está muito empobrecida em elementos raros fusíveis, consiste principalmente em dunitos e harzburgitos, sua espessura é de 5 a 10 km, e o granito camada está completamente ausente.

Composição química

Os principais componentes da crosta terrestre e do solo superficial da Lua são os óxidos de Si e Al e seus derivados. Esta conclusão pode ser feita com base nas ideias existentes sobre a prevalência de rochas basálticas. A substância primária da crosta terrestre é o magma - uma forma fluida de rocha que contém, junto com minerais fundidos, uma quantidade significativa de gases. Quando o magma atinge a superfície, forma lava, que se solidifica em rochas basálticas. O principal componente químico da lava é a sílica, ou dióxido de silício, SiO2. Porém, em altas temperaturas, os átomos de silício podem ser facilmente substituídos por outros átomos, como o alumínio, formando vários tipos de aluminossilicatos. Em geral, a litosfera é uma matriz de silicato com inclusão de outras substâncias formadas a partir de processos físicos e químicos ocorridos no passado em condições de alta temperatura e pressão. Tanto a própria matriz de silicato como as inclusões nela contidas contêm predominantemente substâncias na forma polimérica, isto é, polímeros inorgânicos de heterocadeia.

Granito

• Granito - rocha ígnea intrusiva silícica. É composto por quartzo, plagioclásio, feldspato potássico e micas - biotita e muscovita. Os granitos estão muito difundidos na crosta continental.

Maiores volumes os granitos são formados em zonas de colisão, onde duas placas continentais colidem e ocorre o espessamento da crosta continental. Segundo alguns pesquisadores, toda uma camada de granito fundido é formada na crosta de colisão espessada ao nível da crosta média (profundidade de 10 a 20 km). Além disso, o magmatismo granítico é característico das margens continentais ativas e, em menor extensão, dos arcos insulares.

• Composição mineral do granito:

• feldspatos - 60-65%;

• quartzo - 25-30%;

• minerais de cor escura (biotita, raramente hornblenda) - 5-10%.

Basalto

• Composição mineral. A maior parte é composta por micrólitos de plagioclásio, clinopiroxênio, magnetita ou titanomagnetita, além de vidro vulcânico. O mineral acessório mais comum é a apatita.

• Composição química. O teor de sílica (SiO2) varia de 45 a 52-53%, a soma dos óxidos alcalinos Na2O+K2O até 5%, em basaltos alcalinos até 7%. Outros óxidos podem ser distribuídos da seguinte forma: 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%;

Quartzo (óxido de silício (IV), sílica)

Fórmula: SiO2

• Fórmula: SiO2

• Cor: incolor, branco, violeta, cinza, amarelo, marrom

• Cor da característica: branco

• Brilhar: vítreo, às vezes gorduroso em massas sólidas

• Densidade: 2,6-2,65g/cm³

• Dureza: 7

Propriedades químicas

Corindo (Al2O3, alumina)

Fórmula: Al2O3

• Fórmula: Al2O3

• Cor: azul, vermelho, amarelo, marrom, cinza

• Cor da característica: branco

• Brilhar: vidro

• Densidade: 3,9-4,1g/cm³

• Dureza: 9

Telúrio

Estrutura da cadeia de telúrio

• Os cristais são hexagonais, os átomos neles formam cadeias helicoidais e estão conectados por ligações covalentes aos seus vizinhos mais próximos. Portanto, o telúrio elementar pode ser considerado um polímero inorgânico. O telúrio cristalino é caracterizado por um brilho metálico, embora devido ao seu complexo de propriedades químicas possa ser classificado como um não metal.

Aplicações de telúrio

• Produção de materiais semicondutores

• Produção de borracha

• Supercondutividade de alta temperatura

Selênio

Estrutura da cadeia de selênio

Preto Cinza Vermelho

Selênio cinza

O selênio cinza (às vezes chamado de metálico) possui cristais em um sistema hexagonal. Sua rede elementar pode ser representada como um cubo ligeiramente deformado. Todos os seus átomos parecem estar amarrados em cadeias espirais, e as distâncias entre os átomos vizinhos em uma cadeia são aproximadamente uma vez e meia menores que a distância entre as cadeias. Portanto, os cubos elementares estão distorcidos.

Aplicações de selênio cinza

• O selênio cinza comum tem propriedades semicondutoras; é um semicondutor do tipo p, ou seja, a condutividade nele é criada principalmente não por elétrons, mas por “buracos”.

• Outra propriedade praticamente muito importante do selênio semicondutor é sua capacidade de aumentar drasticamente a condutividade elétrica sob a influência da luz. A ação das fotocélulas de selênio e de muitos outros dispositivos é baseada nesta propriedade.

Selênio vermelho

• O selênio vermelho é uma modificação amorfa menos estável.

• Um polímero com estrutura em cadeia, mas estrutura mal ordenada. Na faixa de temperatura de 70-90°C, adquire propriedades semelhantes à borracha, passando a um estado altamente elástico.

• Não possui ponto de fusão específico.

• Selênio amorfo vermelho com o aumento da temperatura (-55) começa a se transformar em selênio hexagonal cinza

Enxofre

Características estruturais

• A modificação plástica do enxofre é formada por cadeias helicoidais de átomos de enxofre com eixos de rotação esquerdo e direito. Essas correntes são torcidas e puxadas em uma direção.

• O enxofre plástico é instável e transforma-se espontaneamente em enxofre rômbico.

Obtenção de enxofre plástico

Aplicação de enxofre

• Preparação de ácido sulfúrico;

• Na indústria de papel;

• na agricultura (para combater doenças de plantas, principalmente uva e algodão);

• na produção de corantes e composições luminosas;

• para obter pólvora negra (de caça);

• na produção de fósforos;

• pomadas e pós para o tratamento de certas doenças de pele.

Modificações alotrópicas do carbono

Características comparativas

Aplicação de modificações alotrópicas de carbono

• Diamante - na indústria: é utilizado na fabricação de facas, brocas, cortadores; na fabricação de joias. O futuro é o desenvolvimento da microeletrônica em substratos de diamante.

• Grafite – para fabricação de cadinhos de fusão, eletrodos; enchimento de plástico; moderador de nêutrons em reatores nucleares; componente da composição para fabricação de minas para lápis de grafite preto (misturado com caulim)