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Os polímeros orgânicos desempenham um papel significativo na natureza. Além disso, eles são amplamente utilizados na indústria. Em seguida, são consideradas a composição, propriedades e aplicação dos polímeros orgânicos.

Peculiaridades

Os materiais em consideração consistem em monômeros representados por fragmentos repetidos de uma estrutura de vários átomos. Eles são combinados em estruturas tridimensionais ou cadeias de forma ramificada ou linear devido à policondensação ou polimerização. Muitas vezes, na estrutura, eles se manifestam claramente.

Deve-se dizer que o termo "polímeros" refere-se principalmente a variantes orgânicas, embora também existam compostos inorgânicos.

O princípio de nomear os materiais em consideração é anexar o prefixo poly- 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, modificando as propriedades. São apresentados:

• estabilizadores (prevenir reações de envelhecimento);
• cargas (inclusões de um estado de fase diferente, servindo para conferir propriedades específicas);
• plastificantes (aumentam a resistência ao gelo, reduzem a temperatura de processamento e melhoram a elasticidade);
• lubrificantes (para evitar a aderência de elementos metálicos usados ​​em equipamentos de processamento);
• corantes (servir em fins decorativos e para a criação de marcações);
• retardadores de chama (reduzem a inflamabilidade de alguns polímeros);
• fungicidas, anti-sépticos, inseticidas (dá propriedades anti-sépticas e resistência a insetos e fungos).

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

Além disso, existem compostos próximos aos polímeros na estrutura, chamados oligômeros. Suas diferenças consistem em um número menor de links e uma mudança nas propriedades iniciais quando um ou mais deles são removidos ou adicionados, enquanto os parâmetros dos polímeros são preservados. Além disso, não há opinião inequívoca sobre a relação entre esses compostos. Alguns consideram os oligômeros como variantes de polímeros de baixo peso molecular, enquanto outros os consideram um tipo separado de compostos que não pertencem aos de alto peso molecular.

Classificação

Os polímeros são diferenciados de acordo com a composição das ligações 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 nas ligações.

Por estrutura, eles são diferenciados em:

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

Todos os tipos apresentados possuem cadeias principais.

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

Com base na 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 obtenção em:

• policondensação;
• polimerização.

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

A polimerização é entendida como o processo de formação de macromoléculas com múltiplas ligações a partir de um monômero.

A classificação por estrutura macromolecular inclui:

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

De acordo com a reação à exposição térmica, os polímeros são diferenciados em:

• termofixo;
• termoplástico.

As substâncias do primeiro tipo são representadas por variantes espaciais com uma estrutura rígida. Quando aquecido, ocorre destruição com eles, alguns acendem. Isto é devido à força igual de ligações internas e ligações em cadeia. Como resultado, a ação térmica leva à ruptura das cadeias e da estrutura, portanto, ocorre uma destruição irreversível.

As variantes termoplásticas são polímeros lineares que amolecem reversivelmente quando aquecidos e curam quando resfriados. Suas propriedades são então preservadas. A plasticidade dessas substâncias se deve à ruptura das ligações intermoleculares e de hidrogênio das cadeias durante o aquecimento moderado.

Finalmente, de acordo com as características estruturais, os polímeros orgânicos são divididos em várias classes.

1. Termoplásticos fracos e não polares. Apresentados como opções com estrutura molecular simétrica ou com ligações fracamente polares.
2. Termoplásticos polares. Este tipo inclui substâncias com estrutura molecular assimétrica e momentos de dipolo intrínsecos. Às vezes, eles são chamados de dielétricos de baixa frequência. Devido à polaridade, eles atraem bem a umidade. Além disso, a maioria deles são molháveis. Essas substâncias diferem da classe anterior também por sua menor resistência elétrica. Ao mesmo tempo, muitos dos termoplásticos polares são caracterizados por altas taxas de elasticidade, resistência química e resistência mecânica. O processamento adicional torna possível transformar esses compostos em materiais flexíveis de borracha.
3. polímeros termofixos. Como mencionado acima, estas são substâncias com um sistema espacial de ligações covalentes. Eles diferem das variantes termoplásticas em dureza, resistência ao calor e fragilidade, grande módulo de elasticidade e menor coeficiente de expansão linear. Além disso, esses polímeros não são afetados por solventes comuns. Eles servem como base para muitas substâncias.
4. Plásticos laminados. Representado por materiais laminados de folhas de papel impregnadas com 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, fabricação de instrumentos.
5. Metal-plásticos. Estes são polímeros, incluindo cargas metálicas na forma de fibras, pós, tecidos. Esses aditivos servem para conferir propriedades específicas: magnéticas, melhoria de amortecimento, condutividade elétrica e térmica, absorção e reflexão de ondas de rádio.

Propriedades

Muitos polímeros orgânicos têm boas propriedades de isolamento elétrico em uma ampla faixa de voltagens, frequências e temperaturas, em alta umidade. Além disso, eles têm boas características de isolamento acústico e térmico. Além disso, geralmente os polímeros orgânicos são caracterizados por alta resistência ao ataque químico, não estão sujeitos a apodrecimento e corrosão. Finalmente, esses materiais têm alta resistência em baixa densidade.

Os exemplos acima demonstram as características gerais dos polímeros orgânicos. Além disso, alguns deles diferem características específicas: transparência e baixa fragilidade (vidro orgânico, plásticos), orientação macromolecular sob influência mecânica direcional (fibras, filmes), alta elasticidade (borracha), rápida mudança nos parâmetros físicos e mecânicos sob a influência de um reagente em pequena quantidade (borracha, couro, etc.), bem como alta viscosidade em baixa concentração, radiotransparência, características antifricção, diamagnetismo, etc.

Inscrição

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

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

No entanto, os polímeros orgânicos têm uma desvantagem prática significativa - envelhecimento. Este termo é entendido como uma mudança em suas características e dimensões como resultado de transformações físico-químicas que ocorrem sob a influência de diversos fatores: abrasão, aquecimento, irradiação, etc. fatores. O mais comum entre eles é a destruição, que implica na formação de substâncias de menor peso molecular devido à quebra da ligação química da cadeia principal. Com base nas causas, a destruição é dividida em térmica, química, mecânica e fotoquímica.

História

O estudo dos polímeros começou a se desenvolver na década de 40. século 20 e se formou como uma área científica independente em meados do século. Isso se deveu ao desenvolvimento do conhecimento sobre o papel dessas substâncias no mundo orgânico e à elucidação das possibilidades de sua aplicação na indústria.

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

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

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

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

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

Polímeros são compostos macromoleculares que são compostos de muitos monômeros. Os polímeros devem ser distinguidos de um conceito como oligômeros, em contraste com o qual, quando mais uma unidade numerada é adicionada, as propriedades do polímero não mudam.

A ligação entre unidades de monômeros pode ser feita por ligações químicas, neste caso são chamadas de termoplásticos, ou pela força de ação intermolecular, típica dos chamados termoplásticos.

A ligação de monômeros durante a formação de um polímero pode ocorrer como resultado de uma reação de policondensação ou polimerização.

Existem muitos desses compostos na natureza, dos quais os mais famosos são proteínas, borracha, polissacarídeos e ácido nucleico. Esses materiais são chamados de orgânicos.

Até o momento, um grande número de polímeros é produzido sinteticamente. Esses compostos são chamados de polímeros inorgânicos. Polímeros inorgânicos são obtidos pela combinação de elementos naturais através da reação de policondensação, polimerização e transformação química. Isso permite que você substitua caro ou raro materiais naturais, ou criar novos que não tenham análogos na natureza. A principal condição é que o polímero não contenha elementos de origem orgânica.

Polímeros inorgânicos, devido às suas propriedades, ganharam grande popularidade. A gama de seu uso é bastante ampla, enquanto novas áreas de aplicação são constantemente encontradas e novos tipos de materiais inorgânicos estão sendo desenvolvidos.

Características principais

Até o momento, existem muitos tipos de polímeros inorgânicos, tanto naturais quanto sintéticos, que possuem composição, propriedades, escopo e estado de agregação diferentes.

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 a produção é uma substância pura que se presta ao processo de polimerização.

Os polímeros inorgânicos são caracterizados pelo fato de possuírem maior resistência, flexibilidade, serem difíceis de atacar por produtos químicos e serem resistentes a altas temperaturas. Mas algumas espécies podem ser frágeis e não ter elasticidade, mas ao mesmo tempo fortes o suficiente. 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 conhecidos entre eles são polímeros inorgânicos como silicatos e aluminossilicatos.

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

A polidispersidade é a presença na composição de macromoléculas de diferentes massas.

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 é capaz de aumentar de sete a oito vezes sem alterar a estrutura e vários danos. O retorno da forma e tamanho é possível devido à preservação do arranjo das macromoléculas na composição, apenas seus segmentos individuais se movem.
2. Estrutura de cristal. As propriedades e características do material dependem da localização no espaço dos elementos constituintes, que é chamada de estrutura cristalina, e de sua interação. Com base nesses parâmetros, os polímeros são divididos em cristalinos e amorfos.

As cristalinas têm uma estrutura estável na qual se observa um certo arranjo de macromoléculas. Os amorfos 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. Esta propriedade é característica dos polímeros amorfos, que adquirem uma estrutura vítrea com a diminuição da temperatura ou aumento da pressão. Nesse caso, o movimento térmico das macromoléculas para. As faixas de temperatura em que ocorre o processo de formação do vidro dependem do tipo de polímero, sua estrutura e as propriedades dos elementos estruturais.
2. estado 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 tricô elementos estruturais mover-se em uma direção linear, o que causa uma mudança em sua forma.

A estrutura dos polímeros inorgânicos

Esta propriedade é muito importante em algumas indústrias. Na maioria das vezes é usado no processamento de termoplásticos usando métodos como moldagem por injeção, extrusão, formação a vácuo e outros. Neste caso, o polímero é fundido a temperaturas elevadas e alta pressão.

Tipos de polímeros inorgânicos

Até o momento, existem certos critérios pelos quais os polímeros inorgânicos são classificados. Os principais são:

• natureza de origem;
• tipos de elementos químicos e sua diversidade;
• o número de unidades de monômero;
• a 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 industrialmente para alcançar as propriedades necessárias.

Até o momento, existem muitos tipos de polímeros inorgânicos, dentre os quais se destacam os mais utilizados. O amianto é um deles.

O amianto é um mineral fibroso fino 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, por isso 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 vários 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, que confere ao silicone as propriedades de alta resistência e flexibilidade. Devido a isso, o silicone é capaz de suportar altas temperaturas e atividade física sem perder força, mantendo sua forma e estrutura.

Polímeros de carbono são muito comuns na natureza. Existem também muitas espécies que são sintetizadas pelo homem em condições industriais. O diamante se destaca entre os polímeros naturais. Este material é incrivelmente durável e tem uma estrutura cristalina.

A carabina 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 amoras pretas com uma estrutura cristalina fina. Tem as propriedades da condutividade elétrica, que aumenta sob a influência da luz. Capaz de suportar temperaturas de 5000 graus sem perder propriedades.

A grafite é um polímero de carbono cuja estrutura é caracterizada por uma orientação planar. Por causa disso, a estrutura do grafite é em camadas. Este material conduz eletricidade, 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 de mais de 2000 graus, que é muito mais do que a 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 parece com cristais transparentes.

Os polissilanos têm propriedades especiais que os distinguem de outros materiais. Esta espécie conduz eletricidade e pode suportar temperaturas de até 300 graus.

Inscrição

Polímeros inorgânicos são usados ​​em quase todas as esferas da nossa vida. Dependendo do tipo, eles têm propriedades diferentes. Sua principal característica é que os materiais artificiais têm propriedades melhoradas em comparação com os materiais orgânicos.

O amianto é usado em vários campos, principalmente na construção. A ardósia e vários tipos de tubos são produzidos a partir de misturas de cimento com amianto. O amianto também é usado para reduzir a exposição ao ácido. Na indústria leve, o amianto é usado para fazer roupas de combate a incêndios.

O silicone é usado em vários campos. É utilizado na produção de tubos para a indústria química, elementos utilizados na indústria alimentícia, e também é utilizado 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 à dificuldade de mineração. Mas os diamantes também são usados ​​na indústria. Este material é necessário em dispositivos de corte para serrar materiais muito duráveis. Pode ser usado em sua forma pura como cortador ou como spray em elementos de corte.

O grafite é amplamente utilizado em vários campos, é usado para fazer lápis, é usado na engenharia mecânica, na indústria nuclear e na forma de hastes de grafite.

O grafeno e a carabina ainda são pouco compreendidos, portanto seu escopo é limitado.

Os polímeros de boro são usados ​​para a produção de materiais abrasivos, elementos de corte e. Ferramentas feitas de tal material são necessárias para o processamento de metal.

O carboneto de selênio é usado para a produção de cristal de rocha. É obtido aquecendo areia de quartzo e carvão a 2000 graus. O cristal é usado para a produção de utensílios de mesa e itens de interior de alta qualidade.

POLÍMEROS INORGÂNICOS

Eles têm inorg. 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 uniões simples de coordenadas. personagem. Structural N. p. é realizado nos mesmos motivos que org. ou elementoorg. polímeros (ver compostos macromoleculares). Entre os naturais N. p. Naib. Os reticulados, que fazem parte da maioria dos minerais da crosta terrestre, são comuns. Muitos deles formam um tipo de diamante ou quartzo. Os elementos superiores são capazes de formar N. p. linear. linhas III-VI gr. periódico sistemas. Dentro dos grupos, à medida que o número da linha 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 suas várias combinações com outros elementos possam formar grupos laterais. Elementos VIII gr. pode entrar na cadeia principal, formando coordenadas. N. p. Estes últimos, em princípio, são diferentes de org. polímeros de coordenação, onde é o sistema de coordenadas. ligações forma apenas uma estrutura secundária. Mn. ou sais de metais de valência variável de acordo com o macroscópico. St. você se parece com malha N. p.

Cadeias homoatômicas longas (com um grau de polimerização n >= 100) formam apenas os elementos de VI gr.-S, Se e Te. Essas cadeias consistem apenas de átomos básicos 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 car-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 P. Eles têm a natureza de uma transição de fase, e a região de temperatura de estabilidade do polímero tem limites inferiores manchados e limites superiores bem definidos. Abaixo e acima desses limites há resp estável. cíclico octâmeros e moléculas diatômicas.

Dr. elementos, mesmo os vizinhos mais próximos de carbono no psriodic. sistema-B e Si, não são mais capazes de formar cadeias homoatômicas ou cíclicas. oligômeros com n >= 20 (independentemente da presença ou ausência de grupos laterais). Isso se deve ao fato de que apenas os átomos de carbono são capazes de formar ligações puramente covalentes entre si. Por esta razão, heterocadeias binárias N. p. tipo [HMCHLCH] são mais comuns n(ver tabela), onde os átomos M e L formam ligações iônico-covalentes entre si. Em princípio, heterocadeias lineares N.p. não precisam ser binárias: uma seção regularmente repetida da cadeia pode ser. formado por combinações mais complexas de átomos. A inclusão de átomos de metal na cadeia principal desestabiliza a estrutura linear e reduz drasticamente u.

COMBINAÇÕES DE ELEMENTOS FORMANDO BINÁRIO POLÍMEROS INORGÂNICOS DE HETEROCHAIN TIPO [HHHLH] n(DESIGNADO COM UM SINAL +)

* Formulários também inorg. polímeros de composição [HHFR] n.

As características da estrutura eletrônica das principais cadeias de homo-cadeia N.p. as tornam muito vulneráveis ​​ao ataque de nucleófilos. ou eletrof. agentes. Só por esta razão, as cadeias contendo como componente L ou outros adjacentes a ele periodicamente são relativamente mais estáveis. sistema. Mas essas cadeias também geralmente precisam de estabilização, de natureza paradisíaca. N. o item une-se com a formação de estruturas de malha e com mezhmol muito forte. interação grupos laterais (incluindo a formação de pontes salinas), como resultado dos quais a maioria dos itens N. lineares são insolúveis e macroscopicamente. St. você é semelhante à malha N. p.

Prático de interesse são N. p. lineares, para centeio no maior. graus são semelhantes aos orgânicos - eles podem existir na mesma fase, agregação ou estados de relaxamento, formar topos semelhantes. estruturas, etc. Tais itens de N. podem ser borrachas resistentes ao calor, vidros, formadores de fibra, etc., e também mostram um número de St., não mais inerente ao org. polímeros. Esses incluem polifosfazenos,óxidos de enxofre poliméricos (com diferentes grupos laterais), fosfatos,. Algumas combinações de M e L formam cadeias que não possuem análogos entre org. polímeros, por exemplo. com uma banda de condução larga e . Tem uma banda de condução larga, tendo um plano ou espaços bem desenvolvidos. estrutura. Um supercondutor comum em t-re próximo de 0 K é um polímero [HSNCh] X; a temperaturas elevadas, perde a supercondutividade, mas retém as propriedades semicondutoras. Os nanopós supercondutores de alta temperatura devem ter a estrutura da cerâmica, ou seja, também devem conter oxigênio em sua composição (em grupos laterais).

O processamento de nanopartículas em vidros, fibras, cerâmicas e assim por diante requer fusão, que, via de regra, é acompanhada de despolimerização reversível. Portanto, geralmente são usados ​​modificadores, que permitem estabilizar estruturas moderadamente ramificadas em fundidos.

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Enciclopédia Química. - M.: Enciclopédia Soviética. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Veja o que é "POLÍMEROS INORGÂNICOS" em outros dicionários:

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Ov; pl. (polímero unitário, a; m.). [do grego. polys numerosos e meros compartilham, parte] Macromolecular compostos químicos, consistindo em grupos de átomos repetitivos homogêneos, amplamente utilizados na tecnologia moderna. Natural, sintético p. ... ... dicionário enciclopédico

- (dos polímeros gregos que consistem em muitas partes, diversas) compostos químicos com alto peso molecular (de vários milhares a muitos milhões), cujas moléculas (macromoléculas (ver Macromolécula)) consistem em um grande número ... .. . Grande Enciclopédia Soviética

NO mundo moderno não há praticamente nenhuma pessoa que não tenha pelo menos alguma idéia sobre polímeros. Os polímeros passam pela vida junto com uma pessoa, tornando sua vida cada vez mais conveniente e confortável. Na menção aos polímeros, as primeiras associações serão com substâncias orgânicas sintéticas, por serem mais visíveis. Polímeros naturais - substâncias orgânicas naturais - embora existam mais deles no mundo ao nosso redor, na percepção associativa de uma pessoa desaparecem 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 o animal ao nosso redor e flora. E absolutamente ninguém vai perceber como polímeros gemas, grafite, mica, areia e argila, vidro e cimento. No entanto, a ciência estabeleceu o fato da estrutura do polímero de muitos compostos inorgânicos, incluindo os listados acima. Os polímeros são constituídos por macromoléculas. Durante a formação de polímeros, um grande número de átomos ou grupos de átomos são ligados por ligações químicas - covalentes ou de coordenação. As macromoléculas poliméricas contêm dezenas, centenas, milhares ou dezenas de milhares de átomos ou unidades elementares repetidas. As informações sobre a estrutura do polímero foram obtidas através do estudo das propriedades das soluções, da estrutura dos cristais, das propriedades mecânicas e físicas. propriedades quimicas substâncias inorgânicas. Em apoio ao acima exposto, deve-se notar que há um número suficiente de Literatura científica, confirmando o fato da estrutura polimérica de algumas substâncias inorgânicas.

Seria lógico comentar: por que há tanta informação sobre polímeros orgânicos sintéticos e tão pouca sobre inorgânicos. Se existem substâncias poliméricas inorgânicas, o que exatamente são e onde são usadas? Vários exemplos de polímeros inorgânicos foram dados acima. São substâncias conhecidas que todo mundo conhece, mas poucas pessoas sabem que essas substâncias podem ser classificadas como polímeros. De um modo geral, o leigo não se importa se o grafite pode ser atribuído a polímeros ou não, já para pedras preciosas, para alguém pode até ser ofensivo, equiparar joias caras com jóias de plástico baratas. No entanto, se há razão para chamar algumas substâncias inorgânicas de polímeros, por que não falar sobre isso. Considere alguns representantes de tais materiais, vamos nos aprofundar nos mais interessantes.
A síntese de polímeros inorgânicos geralmente requer materiais de partida muito puros, bem como alta temperatura e pressão. As principais formas de obtê-los, assim como os polímeros orgânicos, são polimerização, policondensação e policoordenação. Os polímeros inorgânicos mais simples incluem compostos de homocadeias que consistem em cadeias ou estruturas construídas a partir de átomos idênticos. Além do conhecido carbono, que é o principal elemento envolvido na construção de quase todos os polímeros orgânicos, outros elementos também podem participar da construção de macromoléculas. Esses elementos incluem boro do terceiro grupo, silício, germânio e estanho do quarto grupo, que também inclui carbono, fósforo, arsênio, antimônio e bismuto do quinto grupo, enxofre, telúrio e selênio do sexto. Basicamente, os polímeros de homocadeia obtidos a partir desses elementos são usados ​​em eletrônica e óptica. A indústria eletrônica está se desenvolvendo em um ritmo muito alto e a demanda por cristais sintéticos há muito excede a oferta. Particularmente, no entanto, deve-se notar carbono e polímeros inorgânicos que são obtidos em sua base: diamante e grafite. Grafite, material conhecido, que encontrou aplicação em várias indústrias. A grafite é usada para produzir lápis, eletrodos, cadinhos, tintas, lubrificantes. Milhares de toneladas de grafite atendem às necessidades da indústria nuclear devido às suas propriedades de retardar os nêutrons. Neste artigo, vamos nos concentrar na representantes interessantes polímeros inorgânicos - pedras preciosas.
O mais interessante, pretensioso, amado pelas mulheres representantes de polímeros inorgânicos são os diamantes. Os diamantes são minerais muito caros, que também podem ser atribuídos a polímeros inorgânicos; eles são extraídos na natureza por cinco grandes empresas: DeBeers, Alrosa, Leviev, BHPBilliton, RioTinto. Foi DeBeers que criou a reputação dessas pedras. O marketing habilidoso se resume ao slogan "é para sempre". DeBeers transformou esta pedra em um símbolo de amor, prosperidade, poder e sucesso. Um fato interessante é que os diamantes são bastante comuns na natureza, como safiras e rubis, minerais mais raros, mas com valor inferior ao diamante. O mais interessante é a situação que se desenvolveu no mercado de diamantes naturais. O fato é que existem tecnologias que possibilitam a obtenção de diamantes sintéticos. Em 1954, o pesquisador da General Electric, Tracy Hall, inventou um aparelho que possibilitou a obtenção de cristais de diamante a partir de sulfeto de ferro a uma pressão de 100.000 atmosferas e uma temperatura superior a 2500ºС. A qualidade dessas pedras não era alta do ponto de vista da joalheria, mas a dureza era a mesma de uma pedra natural. A invenção de Hall foi aprimorada e, em 1960, a General Electric criou uma fábrica que podia produzir diamantes com qualidade de gema. O ponto negativo era que o preço das pedras sintéticas era superior ao das naturais.
No momento, existem duas tecnologias para a síntese de diamantes. Tecnologia HPHT (alta pressão/alta temperatura) - síntese de diamantes em combinação de alta pressão e alta temperatura. Tecnologia CVD (deposição de vapor químico) - a tecnologia de deposição de vapor químico, é considerada mais avançada e permite cultivar um 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 aplicando 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, os desenvolvimentos no campo da síntese de diamantes não foram interrompidos graças a muitos investidores estrangeiros interessados ​​em obter uma tecnologia para síntese barata de gemas 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 equipamentos de síntese de diamantes na Rússia, por exemplo, a agora próspera empresa americana Gemesis começou comprando uma planta de cultivo de diamantes na Rússia em 1996 por US $ 60.000. 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 companhia, que sintetiza diamantes - "Apollo Diamond", aprimora a tecnologia HPHT, realizando a síntese de pedras em uma atmosfera gasosa de uma determinada composição (tecnologia-simbiose de HPHT e CVD). Este método traz o "Apollo Diamond" para o mercado de pedras de joalheria, enquanto a qualidade dos diamantes sintéticos cultivados com essa tecnologia é muito alta. Os gemmatologistas estão achando cada vez mais difícil distinguir as pedras sintéticas das naturais. Isso requer um complexo de análises, em um equipamento bastante complexo e caro. Os diamantes de gemas sintéticas Apollo Diamond são praticamente indistinguíveis dos minerais naturais pelos métodos de análise padrão.

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

Falando em diamantes, divagamos para o brilho das pedras preciosas na indústria de joias, mas as pedras industriais também devem ser mencionadas. Neste caso, a maioria das empresas envolvidas no cultivo de diamantes trabalha principalmente para as necessidades das indústrias eletrônica 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 do "Apollo Diamond" é a síntese de discos finos de diamante para semicondutores. By the way, agora uma planta para a síntese de diamantes com capacidade de cerca de 200 kg de diamantes por mês pode ser comprada por 30 mil dólares.

Outro representante de pedras preciosas é o rubi. O primeiro rubi sintético nasceu em 1902. Foi sintetizado pelo engenheiro francês Verneuil fundindo o pó de óxido de alumínio e cromo, que então cristalizou em um rubi de seis gramas. Esta simplicidade de síntese tornou possível desenvolver de forma relativamente rápida produção industrial rubis ao redor do mundo. Esta pedra está em alta demanda. Cerca de 5 toneladas de rubis são extraídas anualmente no mundo, e as necessidades do mercado são de centenas de toneladas. Os rubis são necessários para a indústria relojoeira, são necessários para a produção de lasers. A tecnologia proposta por Verneuil posteriormente forneceu os pré-requisitos para a síntese de safiras e granadas. A maioria grandes produções rubis artificiais são encontrados na França, Suíça, Alemanha, Reino Unido, EUA. Esta é a economia da produção. A maior parte do custo é consumida pelos custos de energia. Ao mesmo tempo, o custo de sintetizar um quilo de rubis é de US$ 60 e o custo de um quilo de safiras é de US$ 200. A lucratividade de tal negócio é muito alta, pois o preço de compra dos cristais é pelo menos duas vezes maior. Aqui, vários fatores devem ser levados em consideração, como o fato de que quanto maior o cristal único cultivado, menor seu custo, também na produção de produtos a partir de cristais, seu preço será muito maior que o preço dos cristais vendidos (por exemplo, a produção e venda de óculos). Quanto aos equipamentos, as plantas 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 para a produção organizada é em média dois anos. Como já mencionado, as necessidades do mercado por cristais sintéticos são enormes. Por exemplo, cristais de safira estão em grande demanda. Cerca de mil toneladas de safiras são sintetizadas no mundo todos os anos. As necessidades anuais de produção chegam a um milhão de toneladas!
As esmeraldas são sintetizadas exclusivamente para as necessidades da indústria joalheira. Ao contrário de outros cristais, a esmeralda é obtida não a partir de uma fusão, mas de uma solução de ahidreto bórico a uma temperatura de 400 ° C e uma pressão de 500 atmosferas em uma câmara hidrotermal. É curioso que a extração de pedra natural seja de apenas 500 quilos por ano. As esmeraldas sintéticas do mundo também são produzidas em um em grande número, como outros cristais, cerca de uma tonelada por ano. O fato é que a tecnologia para a síntese de esmeraldas é ineficiente, mas a rentabilidade dessa produção é a melhor. Produzindo cerca de 5 quilos de cristais por mês ao 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 a síntese de esmeraldas é de cerca de 10 mil dólares.
Mas o cristal sintético mais popular é o silício. Talvez ele dê chances a qualquer pedra preciosa. Atualmente, o silício ocupa 80% do mercado total de cristais sintéticos. O mercado está passando por uma escassez de silício devido ao rápido desenvolvimento de altas tecnologias. No momento, a rentabilidade da produção de silício é superior a 100%. O preço de um quilo de silício é de cerca de US$ 100 por quilo, enquanto o custo de síntese chega a US$ 25.

O silício ultrapuro é usado como semicondutor. Seus cristais são usados ​​para fazer células solares fotovoltaicas com alto coeficiente ação útil. O silício, como o carbono, pode criar longas cadeias moleculares a partir de seus átomos. Desta forma, obtém-se silano e borracha, que possuem propriedades surpreendentes. Há alguns anos, o mundo inteiro se empolgou com o relato dos experimentos do engenheiro americano Walter Robbs, que conseguiu fazer um filme de borracha de silicone com espessura de 0,0025 centímetros. Com essa borracha, ele cobriu a gaiola em que o hamster vivia e o colocou no aquário. Por várias horas, o primeiro hamster submarinista do mundo respirou oxigênio dissolvido em água e, ao mesmo tempo, alerta, não mostrou sinais de ansiedade. Acontece que o filme desempenha o papel de uma membrana, desempenhando as mesmas funções que as brânquias dos peixes. O filme permite que as moléculas do gás da vida passem para dentro, enquanto o dióxido de carbono é forçado a sair através do filme. Tal descoberta torna possível organizar a vida humana debaixo d'água, afastando cilindros com uma mistura respiratória e geradores de oxigênio.

O silício é produzido em três tipos: silício metalúrgico (MG), silício para a indústria eletrônica (EG) e silício para a produção painéis solares(SG). Diante de uma série de crises energéticas, tecnologias alternativas de geração de energia estão sendo introduzidas de forma intensiva. Estes incluem a conversão de energia solar em energia elétrica, ou seja, o uso de instalações solares alimentadas por painéis solares. O silício é um componente importante das células solares. Na Ucrânia, o silício para baterias solares foi produzido na fábrica de titânio e magnésio de Zaporizhia. Sob a União Soviética, esta empresa produziu 200 toneladas de silício, com um volume de produção de toda a União de 300 toneladas. O autor não sabe nada sobre a situação da produção de silício em Zaporozhye. O custo de organizar uma produção moderna de silício policristalino para as necessidades da indústria de energia 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 termos de demanda e manterá essa posição por muito tempo.

No artigo, consideramos apenas alguns representantes de polímeros inorgânicos. Talvez muitas das coisas descritas acima tenham sido recebidas com surpresa e interesse genuíno por alguém. Alguém deu uma nova olhada no conceito de pedra filosofal, se não ouro, mas pedras preciosas de óxidos metálicos indescritíveis e outras substâncias comuns ainda podem ser obtidas. Esperamos que o artigo tenha dado motivos para reflexão e pelo menos entretido o leitor com fatos interessantes.

Polímeros inorgânicos

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

Classificação de polímeros

1. Polímeros de homocadeia

Carbono e calcogênios (modificação plástica do enxofre).

Amianto de fibra mineral

Características do amianto

• Amianto(grego ἄσβεστος, - indestrutível) - o nome coletivo para um grupo de minerais de fibra fina da classe dos silicatos. Consistem nas melhores fibras flexíveis.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - fórmula

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

Composição química

• De acordo com a composição química, o amianto é silicatos hidratados de magnésio, ferro, parcialmente cálcio e sódio. A classe do amianto crisotila inclui as seguintes substâncias:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3Н2О

Segurança

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

• Com base nos resultados de estudos científicos abrangentes sobre carcinógenos, a Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer classificou o amianto na primeira e mais perigosa categoria da lista de carcinógenos.

aplicação de amianto

• Produção de tecidos refratários (inclusive para confecção de ternos para bombeiros).

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

• Em locais onde é necessário reduzir o efeito dos ácidos.

O papel dos polímeros inorgânicos na formação da litosfera

Litosfera

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

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

Composição química

Os principais componentes da crosta terrestre e do solo da superfície da Lua são óxidos de Si e Al e seus derivados. Tal conclusão pode ser tirada 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, juntamente com minerais fundidos, uma quantidade significativa de gases. Ao atingir a superfície, o magma forma lava, esta última solidificando forma rochas basálticas. O principal componente químico da lava é a sílica, ou dióxido de silício, SiO2. No entanto, 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 inclusões de outras substâncias formadas como resultado de processos físicos e químicos que ocorreram no passado sob condições de alta temperatura e pressão. Tanto a própria matriz de silicato quanto as inclusões nela contidas contêm predominantemente substâncias na forma polimérica, ou seja, polímeros inorgânicos de heterocadeia.

Granito

• Granito - rocha ígnea intrusiva ácida. Composto por quartzo, plagioclásio, feldspato potássico e micas - biotita e muscovita. Os granitos são muito difundidos na crosta continental.

Os maiores volumes granitos são formados em zonas de colisão onde duas placas continentais colidem e a crosta continental engrossa. Segundo alguns pesquisadores, uma camada inteira de granito fundido é formada na crosta colisional espessada ao nível da crosta média (profundidade de 10 a 20 km). Além disso, o magmatismo granítico é característico de margens continentais ativas e, em menor grau, de arcos insulares.

• A composição mineral do granito:

• feldspatos - 60-65%;

• quartzo - 25-30%;

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

Basalto

• Composição mineral. A massa de solo é composta por microlitos 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 quantidade de óxidos alcalinos Na2O + K2O é de 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, branca, roxa, cinza, amarela, marron

• Cor do traço: branco

• Brilhar: vítreo, em massas contínuas às vezes gordurosas

• Densidade: 2,6-2,65 g/cm³

• Dureza: 7

Propriedades quimicas

Corindo (Al2O3, alumina)

Fórmula: Al2O3

• Fórmula: Al2O3

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

• Cor do traço: branco

• Brilhar: vidro

• Densidade: 3,9-4,1 g/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 com seus vizinhos mais próximos. Portanto, o telúrio elementar pode ser considerado um polímero inorgânico. O telúrio cristalino é caracterizado por um brilho metálico, embora em termos do complexo de propriedades químicas possa ser atribuído a não metais.

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 selênio metálico) possui cristais do sistema hexagonal. Sua rede elementar pode ser representada como um cubo um tanto deformado. Todos os seus átomos estão, por assim dizer, amarrados em cadeias espirais, e as distâncias entre átomos vizinhos em uma cadeia são aproximadamente uma vez e meia menores que a distância entre as cadeias. Portanto, os cubos elementares são 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 acentuadamente a condutividade elétrica sob a ação da luz. A ação das fotocélulas de selênio e muitos outros dispositivos é baseada nesta propriedade.

selênio vermelho

• O selênio vermelho é uma modificação amorfa menos estável.

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

• Não tem um ponto de fusão específico.

• Selênio amorfo vermelho quando a temperatura sobe (-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 esticadas em uma direção.

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

Obtenção de enxofre plástico

Aplicação de enxofre

• Obtenção de ácido sulfúrico;

• Na indústria de papel;

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

• na produção de corantes e composições luminosas;

• obter pólvora negra (de caça);

• na produção de partidas;

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

Modificações alotrópicas do carbono

Características comparativas

Aplicação de modificações alotrópicas de carbono

• Diamante - na indústria: é usado na fabricação de facas, brocas, cortadores; no ramo de joias. A perspectiva é o desenvolvimento de 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 a fabricação de núcleos para lápis de grafite preto (misturado com caulim)