Polímeros inorgânicos: exemplos e aplicações

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Na natureza existem organoelementos, polímeros orgânicos e inorgânicos. Materiais inorgânicos incluem materiais cuja cadeia principal é inorgânica e os ramos laterais não são radicais de hidrocarbonetos. Elementos de grupos III-VI do sistema periódico de elementos químicos são mais propensos à formação de polímeros de origem inorgânica.

Classificação

Polímeros orgânicos e inorgânicos estão sendo ativamente estudados, suas novas características estão sendo determinadas, então uma classificação clara desses materiais ainda não foi desenvolvida. No entanto, certos grupos de polímeros podem ser distinguidos.

Dependendo da estrutura:

• linear;
• flat;
• ramificado;
• redes de polímero;
• tridimensional e outros.

Dependendo dos átomos da espinha dorsal que compõem o polímero:

• tipo de cadeia homóloga (-M-)n – consiste em um tipo de átomos;
• tipo de heterocadeia(-M-L-)n - consistem em diferentes tipos de átomos.

Dependendo da origem:

• natural;
• artificial.

Para classificar substâncias que são macromoléculas no estado sólido como polímeros inorgânicos, elas também devem ter uma certa anisotropia da estrutura espacial e propriedades correspondentes.

Principais recursos

Mais comuns são os polímeros de heterocadeia, em que ocorre alternância de átomos eletropositivos e eletronegativos, por exemplo, B e N, P e N, Si e O. Obter polímeros inorgânicos de heterocadeia (NP) pode ser usando reações de policondensação. A policondensação de oxoânions é acelerada em meio ácido, enquanto a policondensação de cátions hidratados é acelerada em meio alcalino. A policondensação pode ser realizada tanto em solução quanto em sólidos na presença de alta temperatura.

Muitos polímeros inorgânicos de heterocadeia só podem ser obtidos sob condições de síntese em alta temperatura, por exemplo, diretamente a partir de substâncias simples. A formação de carbonetos, que são corpos poliméricos, ocorre quando certos óxidos interagem com o carbono, bem como na presença de alta temperatura.

Cadeias homocadeias longas (com grau de polimerização n>100) formam carbono e elementos p do grupo VI: enxofre, selênio, telúrio.

Polímeros inorgânicos: exemplos e aplicações

A especificidade do PE está na educaçãocorpos cristalinos poliméricos com uma estrutura tridimensional regular de macromoléculas. A presença de uma estrutura rígida de ligações químicas confere a esses compostos uma dureza significativa.

Esta propriedade possibilita a utilização de polímeros inorgânicos como materiais abrasivos. O uso desses materiais encontrou a mais ampla aplicação na indústria.

A excepcional resistência química e térmica do NP também é uma propriedade valiosa. Por exemplo, fibras de reforço feitas de polímeros orgânicos são estáveis no ar até uma temperatura de 150-220 ˚C. Enquanto isso, a fibra de boro e seus derivados permanecem estáveis até uma temperatura de 650 ˚С. É por isso que os polímeros inorgânicos são promissores para a criação de novos materiais quimicamente e resistentes ao calor.

O valor prático também é de NP, que são propriedades próximas às orgânicas e mantêm suas propriedades específicas. Estes incluem fosfatos, polifosfazenos, silicatos, óxidos de enxofre poliméricos com vários grupos laterais.

Pomeros de carbono

Tarefa: “Dê exemplos de polímeros inorgânicos”, frequentemente encontrados em livros de química. É aconselhável realizá-lo com a menção dos NP - derivados de carbono mais destacados. Afinal, isso inclui materiais com características únicas: diamantes, grafite e carabina.

Carbine é um polímero linear criado artificialmente, pouco estudado com indicadores de força insuperáveis que não são inferiores, mas de acordo com vários estudos esuperior ao grafeno. No entanto, a carabina é uma substância misteriosa. Afinal, nem todos os cientistas reconhecem sua existência como um material independente.

Externamente parece um pó preto metal-cristalino. Possui propriedades semicondutoras. A condutividade elétrica do carbino aumenta significativamente sob a ação da luz. Ele não perde essas propriedades mesmo em temperaturas de até 5000 ˚С, o que é muito mais alto do que para outros materiais com essa finalidade. O material foi recebido na década de 60 por V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin e Yu. P. Kudryavtsev por oxidação catalítica de acetileno. O mais difícil foi determinar o tipo de ligações entre os átomos de carbono. Posteriormente, uma substância com apenas ligações duplas entre os átomos de carbono foi obtida no Instituto de Compostos Organoelementos da Academia de Ciências da URSS. O novo composto recebeu o nome de policumuleno.

Grafite - neste material a ordenação do polímero se estende apenas no plano. Suas camadas são conectadas não por ligações químicas, mas por interações intermoleculares fracas, de modo que conduz calor e corrente e não transmite luz. O grafite e seus derivados são polímeros inorgânicos bastante comuns. Exemplos de seu uso: dos lápis à indústria nuclear. Ao oxidar a grafite, podem ser obtidos produtos de oxidação intermediários.

Diamond - suas propriedades são fundamentalmente diferentes. O diamante é um polímero espacial (tridimensional). Todos os átomos de carbono são mantidos juntos por fortes ligações covalentes. Porque este polímero é extremamente durável. O diamante não conduz corrente e calor, tem uma estrutura transparente.

polímeros de boro

Se lhe perguntarem quais polímeros inorgânicos você conhece, fique à vontade para responder - polímeros de boro (-BR-). Esta é uma classe bastante extensa de NPs, amplamente utilizada na indústria e na ciência.

Carboneto de boro - sua fórmula parece mais correta assim (B12C3) n. Sua célula unitária é romboédrica. A estrutura é formada por doze átomos de boro ligados covalentemente. E no meio dele está um grupo linear de três átomos de carbono ligados covalentemente. O resultado é uma estrutura muito forte.

Boretos - seus cristais são formados de forma semelhante ao carboneto descrito acima. O mais estável deles é o HfB2, que derrete apenas a 3250°C. TaB2 é conhecido pela maior resistência química - nem ácidos nem suas misturas agem sobre ele.

Nitreto de boro - muitas vezes referido como talco branco por sua semelhança. Essa semelhança é realmente apenas superficial. Estruturalmente, é semelhante ao grafite. Obtenha-o aquecendo boro ou seu óxido em uma atmosfera de amônia.

Borazon

Elbor, borazone, cyborite, kingsongite, cubonite são polímeros inorgânicos superduros. Exemplos de sua aplicação: fabricação de rebolos, materiais abrasivos, processamento de metais. São substâncias quimicamente inertes à base de boro. A dureza é mais próxima do que outros materiais aos diamantes. Em particular, o borazon deixa arranhões no diamante, este último também deixa arranhões nos cristais de borazon.

No entanto, estes ND têm várias vantagens sobre os diamantes naturais: têm uma maiorresistência ao calor (suportam temperaturas de até 2000 ° C, o diamante é destruído a taxas na faixa de 700-800 ° C) e alta resistência ao estresse mecânico (não são tão frágeis). Borazon foi obtido a uma temperatura de 1350 ° C e uma pressão de 62.000 atmosferas por Robert Wentorf em 1957. Materiais semelhantes foram obtidos por cientistas de Leningrado em 1963.

Polímeros inorgânicos de enxofre

Homopolímero - esta modificação do enxofre tem uma molécula linear. A substância não é estável, com flutuações de temperatura ela se divide em ciclos octaédricos. É formado no caso de um resfriamento acentuado do enxofre fundido.

Modificação de polímero de dióxido de enxofre. Muito semelhante ao amianto, possui estrutura fibrosa.

polímeros de selênio

O selênio cinza é um polímero com macromoléculas lineares helicoidais aninhadas em paralelo. Nas cadeias, os átomos de selênio estão ligados covalentemente, enquanto as macromoléculas estão ligadas por ligações moleculares. Mesmo o selênio fundido ou dissolvido não se decompõe em átomos individuais.

Selênio vermelho ou amorfo também é um polímero de cadeia, mas de estrutura ligeiramente ordenada. Na faixa de temperatura de 70-90 ˚С, adquire propriedades semelhantes à borracha, transformando-se em um estado altamente elástico, que se assemelha a polímeros orgânicos.

Carbeto de selênio, ou cristal de rocha. Cristal espacial termicamente e quimicamente estável, suficientemente forte. Piezoelétrico e semicondutor. Sob condições artificiais, foi obtido pela reação de areia de quartzo e carvão em um forno elétrico a uma temperatura de cerca de 2000°C.

Outros Polímeros de Selênio:

• Monoclínicaselênio - mais ordenado que o vermelho amorfo, mas inferior ao cinza.
• Dióxido de selênio, ou (SiO2)n, é um polímero de rede tridimensional.
• Amianto é um polímero de óxido de selênio com estrutura fibrosa.

Polímeros de fósforo

Existem muitas modificações de fósforo: branco, vermelho, preto, marrom, roxo. Vermelho - estrutura fina-cristalina NP. É obtido aquecendo o fósforo branco sem ar a uma temperatura de 2500 ˚С. O fósforo preto foi obtido por P. Bridgman sob as seguintes condições: pressão 200.000 atmosferas a uma temperatura de 200 °C.

Cloretos de fosfonitreto são compostos de fósforo com nitrogênio e cloro. As propriedades dessas substâncias mudam com o aumento da massa. Ou seja, sua solubilidade em substâncias orgânicas diminui. Quando o peso molecular do polímero atinge vários milhares de unidades, forma-se uma substância de borracha. É a única borracha sem carbono suficientemente resistente ao calor. Só se decompõe em temperaturas acima de 350 °C.

Conclusão

Os polímeros inorgânicos são principalmente substâncias com características únicas. Eles são usados na produção, na construção, para o desenvolvimento de materiais inovadores e até revolucionários. À medida que as propriedades de NPs conhecidas são estudadas e novas são criadas, o escopo de sua aplicação se expande.