Загрузка слайд-шоу за 5 секунд. .

лекция 01: Введение в неорганические полимеры доктора Сальмы Амир Презентация PowerPoint

лекция 01: Введение в неорганические полимеры доктора Сальмы Амир

359 просмотров

органические и неорганические полимеры, преимущества неорганических полимеров

Загружено на 08 мая 2021 г.

• Сальма Амир

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – Р Н Д – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Стенограмма презентации

1. Лекция № 01 Название курса: Неорганические полимеры Тема: Введение в неорганические полимеры Преподаватель курса: д-р Салма Амир GFCW Пешавар

2. Введение • Химия полимеров затрагивает почти все аспекты современной жизни, от электронных технологий до медицины, широкого спектра волокон, пленок, эластомеров и конструкционных материалов, от которых все зависят. • Большинство этих полимеров являются органическими материалами. Под этим мы подразумеваем, что их длинные полимерные цепи состоят в основном из атомов углерода, связанных между собой ковалентными связями. • Органические полимеры получают либо из нефти, либо из растений, животных или микроорганизмов. Следовательно, они, как правило, доступны в больших количествах и по номинальной стоимости. Трудно представить жизнь без них. • После стольких дискуссий у всех возникает вопрос: почему при наличии уже сотен органических полимеров ученые должны быть заинтересованы в синтезе еще большего количества макромолекул?

3. Введение неорганических полимеров • Неорганические полимеры, глядя на их название, можно сказать, что они являются неорганическими или не содержащими углерода полимерами. Наиболее очевидным определением неорганического полимера является полностью ковалентно связанная макромолекула со скелетной структурой, которая не включает атомы углерода в основной цепи. • Полимеры, содержащие неорганические повторяющиеся звенья в основной полимерной цепи, известны как неорганические полимеры. • Это гигантская трехмерная или двумерная сетчатая структура, состоящая из множества ковалентных связей, но с отсутствием или почти полным отсутствием углеводородных звеньев в основной молекулярной цепи. • Ковалентно связанные кристаллы (например, оксиды и галогениды), конденсированные фосфаты и т. д. являются примерами неорганических полимеров. Эти полимеры обладают отличительными физико-химическими характеристиками и уникальными физическими, механическими и электрическими свойствами. Эти полимеры находят широкое применение в быту, особенно в области техники и технологий.

4. Причины интереса к неорганическим полимерам Недостатки, связанные с органическими полимерами • Многие полимеры с органической цепью реагируют с кислородом или озоном в течение длительного периода времени и теряют свои полезные свойства. • Большинство органических полимеров горят, часто с выделением ядовитого дыма. • Многие органические полимеры разлагаются под воздействием ультрафиолетового или гамма-излучения. • Органические полимеры иногда размягчаются при недопустимо низких температурах, набухают или растворяются в органических растворителях, маслах или гидравлических жидкостях.

5. Преимущества неорганических полимеров • Неорганические элементы могут иметь другую валентность, чем углерод, и это означает, что количество боковых групп, присоединенных к основной цепи, может отличаться от ситуации в органическом полимере. Это повлияет на гибкость макромолекулы, ее способность реагировать с химическими реагентами, ее стабильность при высоких температурах и ее взаимодействие с растворителями и другими полимерными молекулами. • Связи, образованные между неорганическими элементами, часто длиннее, прочнее и более устойчивы к реакциям свободнорадикального расщепления, чем связи, образованные углеродом. • Более того, использование неуглеродных элементов в основной цепи дает возможность адаптировать химический состав таким образом, который невозможен для полностью органических макромолекул.

неорганический полимер | Britannica

неорганический полимер , любой из класса больших молекул, не содержащих углерода и являющихся полимерами, т. е. состоящих из множества мелких повторяющихся звеньев, называемых мономерами. Слово полимер происходит от греческого термина поли, означает много, и мерос, что означает часть. Природа изобилует полимерами на основе углерода (то есть органическими), такими как шерсть, шелк, белки, крахмал и целлюлоза. Кроме того, резина и пластик изготавливаются из самых разнообразных искусственных органических полимеров (9).0069 см. эластомер; промышленные полимеры, химия; пластик). Но многие неорганические соединения, такие как оксикислоты и оксианионы, также образуют полимеры. Особенно это касается слабых кислот, таких как борная кислота H ₃ BO ₃ и кремниевая кислота H ₄ SiO ₄ . В анионах слабых кислот высокая плотность отрицательного заряда приходится на атомы кислорода. Эта плотность заряда может быть уменьшена в процессе полимеризации.

В этой статье обсуждаются основные классы неорганических полимеров, включая бораты и три класса силиконовых полимеров — силикаты, силиконы и силаны. Для более подробного обсуждения боратов и силикатов см. см. минерал.

Эти соединения представляют собой соли оксикислот бора (В), такие как борная кислота, H ₃ BO ₃ , метаборная кислота, HBO ₂ , и тетраборная кислота, H ₂ B

7 4 O

7 4 ₇ . Бораты образуются либо в результате реакции основания с оксикислотой бора, либо в результате плавления борной кислоты или оксида бора, B ₂ O ₃ , с расплавленным оксидом или гидроксидом металла. Структуры боратных анионов варьируются от простых тригональных плоских BO ₃ ³⁻ до достаточно сложных структур, содержащих цепочки и кольца трех- и четырехкоординированных атомов бора. ( См. химическую связь для описания молекулярных форм. ) Например, метаборат кальция, CaB ₂ O ₄ , состоит из бесконечных цепей B ₂ O ₄ ²⁻ единиц, тогда как калий борат, K[B ₅ O ₆ (OH) ₄ ] · 2H ₂ O (обычно пишется как KB ₅ O ₈ · 4H ₂ O), состоит из двух колец B ₃ O ₃ , связанных через общий четырехкоординированный атом бора. Тетрабораты B ₄ O ₅ (OH) ₄ ²⁻ содержат как трех-, так и четырехкоординированный бор, окруженный соответственно тригонально и тетраэдрически атомами кислорода (O). С коммерческой точки зрения наиболее важным боратом является бура или декагидрат тетрабората натрия, Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O. Бура естественным образом встречается в высохших руслах озер, таких как озеро Сирлс в Калифорнии. Его можно использовать для смягчения воды и приготовления моющих средств. Его полезность возникает из-за нерастворимости боратов кальция и магния и щелочной или щелочной природы водных растворов буры. Бура также используется в производстве боросиликатного стекла и эмалей, а также в качестве антипирена.

Силикаты представляют собой соли, содержащие анионы кремния (Si) и кислорода. Существует много типов силикатов, поскольку соотношение кремния и кислорода может сильно различаться. Однако во всех силикатах атомы кремния находятся в центрах тетраэдров с атомами кислорода в углах. Кремний всегда четырехвалентен (т. е. имеет степень окисления +4). Изменение отношения кремния к кислороду происходит из-за того, что кремний-кислородные тетраэдры могут существовать как дискретные, независимые единицы или могут иметь общие атомы кислорода на углах, краях или, в более редких случаях, на гранях несколькими способами. Таким образом, отношение кремния к кислороду варьируется в зависимости от степени, в которой атомы кислорода являются общими для атомов кремния, поскольку тетраэдры связаны друг с другом. Связь этих тетраэдров обеспечивает довольно удобный способ классификации силикатов. Обычно признаются семь различных классификаций.

1. В некоторых силикатах отдельные тетраэдры SiO ₄ ⁴⁻ существуют как самостоятельные единицы. Силикаты магния (Mg ₂ SiO ₄ ) и циркония (ZrSiO ₄ ) являются примерами.

2. Два тетраэдра SiO ₄ имеют общий угловой атом кислорода с образованием дискретных ионов Si ₂ O ₇ ⁶⁻ . Два соединения с таким типом связи: Ca ₂ ZnSi ₂ O ₇ и Zn ₄ (OH) ₂ Si ₂ O ₇ · H ₂ O.

3. SiO _{4 9007 могут образовывать замкнутые углы и тетраэдры. В BaTiSi 3 O 9 три тетраэдра SiO 4 имеют общие углы, тогда как в Be 3 Al 2 Si 6 O 18 , который известен как темно-зеленый изумруд, ), шесть тетраэдров имеют общие углы, образуя замкнутое кольцо.}

4. SiO ₄ тетраэдры, в которых каждый тетраэдр имеет два общих атома кислорода от двух других тетраэдров, существуют в виде цепочек в некоторых силикатах. Примером этого типа силиката является CaMg(SiO ₃ ) ₂ . Из формулы видно, что ионы SiO ₃ ²⁻ существуют, но эти ионы не встречаются как самостоятельные образования. Параллельные цепочки проходят по всей длине кристалла и скрепляются положительно заряженными ионами металлов, лежащими между ними.

5. Когда тетраэдры SiO ₄ в одиночных цепочках имеют общие атомы кислорода, образуются двойные цепи кремний-кислород. Катионы металлов связывают параллельные цепи вместе. Многие из этих силикатов имеют волокнистую природу, потому что ионные связи между катионами металлов и силикатными анионами не так прочны, как кремний-кислородные связи внутри цепей. Класс волокнистых силикатных минералов, принадлежащих к этой группе, в совокупности называется асбестом. Наиболее известным и наиболее распространенным видом асбеста является хризотил, имеющий формулу Mg 9.0077 3 (Si ₂ O ₅ )(OH) ₄ . Это соединение существует в виде волокон длиной более 20 мм (0,8 дюйма). В прошлом он использовался во многих огнезащитных и изоляционных целях, но его использование для этих целей было прекращено, поскольку длительное воздействие асбестовых волокон в воздухе может вызвать рак легких.

6. Когда атомы кислорода распределяются между двойными цепочками, образуются слои кремний-кислород. Ионы металлов образуют ионные связи между листами. Эти ионные связи слабее, чем кремний-кислородные связи внутри листов, поэтому силикаты с такой структурой расщепляются на тонкие слои. Пример этого класса силикатов включает тальк, Mg ₃ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₂ .

7. Самый интересный класс силикатов состоит из цеолитов. Эти соединения представляют собой трехмерные кремний-кислородные сети, в которых часть ионов четырехвалентного кремния заменена ионами трехвалентного алюминия (Al ³⁺ ). Возникающий в результате отрицательный заряд, поскольку каждый ион Al ³⁺ имеет на один положительный заряд меньше, чем заменяемый им ион Si ⁴⁺ , нейтрализуется распределением положительных ионов по всей сети. Примером цеолита является Na 9.0077 2 (Al ₂ Si ₃ O ₁₀ ) · 2H ₂ O. Для цеолитов характерно наличие в их структуре тоннелей и систем сообщающихся между собой полостей. Цеолиты используются в качестве молекулярных сит для удаления воды и других малых молекул из смесей, а также их можно использовать для разделения молекул, у которых молекулярные массы одинаковы или близки, но молекулярная структура различна. Кроме того, они используются в качестве твердых носителей для высокодисперсных катализаторов и для ускорения конкретных химических реакций, зависящих от размера.

Силиконы представляют собой полимерные кремнийорганические соединения, содержащие связи Si–O–Si и связи Si–C. Как правило, они очень стабильны из-за наличия прочных связей кремний-кислород и кремний-углерод. Общая формула для силиконов: (R ₂ SiO) _x , где R может быть любой из множества органических групп. Силиконы могут быть линейными, циклическими или сшитыми полимерами, как показано здесь.

Линейные и циклические силиконы получают реакцией воды с органохлорсиланами общей формулы R ₂ SiCl ₂ с последующей реакцией полимеризации, которая происходит путем отщепления молекулы воды от двух гидроксильных групп соседних молекул R ₂ Si(OH) ₂ .

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Силиконовые полимеры обладают некоторыми свойствами соединений углерод-водород и соединений кремний-кислород. Они устойчивы ко многим химическим реагентам и к нагреванию. В зависимости от степени полимеризации и сложности присоединенных органических групп силиконы могут встречаться в виде масел, смазок, резиноподобных веществ или смол. Они используются в качестве смазочных материалов, гидравлических жидкостей и электрических изоляторов. Они особенно полезны в качестве смазочных материалов в условиях резких перепадов температуры, поскольку их вязкость очень мало меняется при изменении температуры. Силиконы также обладают водоотталкивающими свойствами. Бумагу, шерсть, шелк и другие ткани можно покрыть водоотталкивающей пленкой, подвергнув их кратковременному (одну-две секунды) воздействию паров триметилхлорсилана (СН ₃ ) ₃ SiCl. Группы ОН на поверхности материалов вступают в реакцию с силаном, и поверхность покрывается тонкой водоотталкивающей пленкой групп (СН ₃ )Si―O―. поверхность―OH + Cl―Si(CH ₃ ) ₃ → (поверхность―O―Si(CH ₃ ) ₃ + HCl

Силаны представляют собой соединения кремния и водорода. Кремний образует ряд гидридов которые имеют общую формулу Si _n H _{2 n + 2} , включая SiH ₄ , Si ₂ H ₆ , Si ₃ H ₈ и Si ₄ H ₁₀ . Эти соединения содержат одинарные связи Si—H и Si—Si. Кремний имеет пустую валентную оболочку d орбиталей ( см. химическая связь), из-за чего химия силанов сильно отличается от химии соответствующих углерод-водородных соединений (углеводородов). Например, силаны самопроизвольно воспламеняются на воздухе, тогда как соответствующие углеводороды этого не делают.

Самый простой силан, SiH ₄ , называется силаном. Он имеет формулу и тетраэдрическую структуру, аналогичную углеводородному метану CH ₄ . Его можно приготовить в лаборатории добавлением водной кислоты к ионному силициду, такому как силицид магния, Mg ₂ Si. Mg ₂ Si + 4H ₃ O ⁺ (водный) → 2Mg ²⁺ + SiH ₄ + 4H ₂ O Силан представляет собой бесцветный газ, бурно реагирующий при нормальной температуре, но бурно реагирующий с температурой. воздуха для получения диоксида кремния и воды. SiH ₄ + 2O ₂ → SiO ₂ + 2H ₂ O

Силаны легко реагируют с галогеноводородами с образованием галогенированных силанов.