پلیمرهای آلی و معدنی. رنگ: بی رنگ، سفید، بنفش، خاکستری، زرد، قهوه ای. تولید مواد نیمه هادی

پلیمرهای غیر آلی

• پلیمرهای غیر آلی- پلیمرهایی که حاوی پیوندهای C-C در واحد تکرار شونده نیستند، اما می توانند یک رادیکال آلی را به عنوان جانشین جانبی داشته باشند.

طبقه بندی پلیمرها

1. پلیمرهای هموچین

کربن و کالکوژن (تغییر پلاستیکی گوگرد).

آزبست فیبر معدنی

ویژگی های آزبست

• آزبست(به یونانی ἄσβεστος، - غیر قابل تخریب) نام جمعی گروهی از مواد معدنی فیبر ریز از کلاس سیلیکات ها است. از بهترین الیاف انعطاف پذیر تشکیل شده است.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - فرمول

• دو نوع اصلی آزبست عبارتند از آزبست سرپانتین (آزبست کریزوتیل یا آزبست سفید) و آزبست آمفیبول.

ترکیب شیمیایی

• آزبست از نظر ترکیب شیمیایی سیلیکات های آبی منیزیم، آهن و تا حدی کلسیم و سدیم است. مواد زیر به کلاس آزبست کریزوتیل تعلق دارند:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe،Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

ایمنی

• آزبست عملاً بی اثر است و در مایعات بدن حل نمی شود، اما اثر سرطان زایی قابل توجهی دارد. افرادی که در استخراج و فرآوری آزبست فعالیت می کنند چندین برابر بیشتر از جمعیت عادی در معرض ابتلا به تومور هستند. اغلب باعث سرطان ریه، تومورهای صفاق، معده و رحم می شود.

• بر اساس نتایج تحقیقات علمی گسترده در مورد مواد سرطان زا، آژانس بین المللی تحقیقات سرطان آزبست را به عنوان یکی از خطرناک ترین مواد سرطان زا در دسته اول طبقه بندی کرده است.

کاربرد آزبست

• تولید پارچه های مقاوم در برابر آتش (از جمله برای دوخت لباس برای آتش نشانان).

• در ساخت و ساز (به عنوان بخشی از مخلوط آزبست سیمان برای تولید لوله و تخته سنگ).

• در جاهایی که لازم است تأثیر اسیدها کاهش یابد.

نقش پلیمرهای معدنی در تشکیل لیتوسفر

لیتوسفر

• لیتوسفر- پوسته سخت زمین از پوسته زمین و قسمت بالایی گوشته تا آستنوسفر تشکیل شده است.

لیتوسفر در زیر اقیانوس ها و قاره ها به طور قابل توجهی متفاوت است. لیتوسفر در زیر قاره ها از لایه های رسوبی، گرانیتی و بازالتی با ضخامت کلی تا 80 کیلومتر تشکیل شده است. لیتوسفر در زیر اقیانوس ها در نتیجه تشکیل پوسته اقیانوسی مراحل ذوب نسبی زیادی را پشت سر گذاشته است، در عناصر کمیاب ذوب بسیار تهی شده است، عمدتاً از دونیت ها و هارزبورگیت ها تشکیل شده است، ضخامت آن 5-10 کیلومتر است و گرانیت. لایه کاملاً وجود ندارد.

ترکیب شیمیایی

اجزای اصلی پوسته زمین و خاک سطحی ماه، اکسیدهای Si و Al و مشتقات آنها هستند. این نتیجه گیری را می توان بر اساس ایده های موجود در مورد شیوع سنگ های بازالتی انجام داد. ماده اولیه پوسته زمین ماگما است - شکل مایع سنگی که همراه با مواد معدنی مذاب، مقدار قابل توجهی گاز دارد. هنگامی که ماگما به سطح می رسد، گدازه ای را تشکیل می دهد که به سنگ های بازالت تبدیل می شود. جزء شیمیایی اصلی گدازه سیلیس یا دی اکسید سیلیکون، SiO2 است. با این حال، در دماهای بالا، اتم های سیلیکون را می توان به راحتی با اتم های دیگر مانند آلومینیوم جایگزین کرد و انواع مختلفی از آلومینوسیلیکات ها را تشکیل داد. به طور کلی، لیتوسفر یک ماتریکس سیلیکات است که شامل مواد دیگری است که در نتیجه فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی که در گذشته در شرایط دما و فشار بالا رخ داده است، تشکیل شده است. هم خود ماتریس سیلیکات و هم اجزای موجود در آن عمدتاً حاوی موادی به شکل پلیمر هستند، یعنی پلیمرهای غیرآلی زنجیره ناهمگن.

سنگ گرانیت

• سنگ گرانیت -سنگ نفوذی آذرین سیلیسی این شامل کوارتز، پلاژیوکلاز، فلدسپات پتاسیم و میکا - بیوتیت و مسکویت است. گرانیت ها در پوسته قاره ای بسیار گسترده هستند.

بیشترین حجم گرانیت ها در مناطق برخورد تشکیل می شوند، جایی که دو صفحه قاره ای با هم برخورد می کنند و ضخیم شدن پوسته قاره ای رخ می دهد. به گفته برخی از محققان، یک لایه کامل از مذاب گرانیت در پوسته برخورد ضخیم در سطح پوسته میانی (عمق 10-20 کیلومتر) تشکیل می شود. علاوه بر این، ماگماتیسم گرانیتی مشخصه حاشیه‌های فعال قاره‌ای و تا حدی کمان‌های جزیره‌ای است.

• ترکیب معدنی گرانیت:

• فلدسپات - 60-65٪؛

• کوارتز - 25-30٪؛

• مواد معدنی تیره رنگ (بیوتیت، به ندرت هورنبلند) - 5-10٪.

بازالت

• ترکیب معدنی. جرم اصلی از میکرولیت های پلاژیوکلاز، کلینوپیروکسن، مگنتیت یا تیتانومگنتیت و همچنین شیشه های آتشفشانی تشکیل شده است. رایج ترین ماده معدنی کمکی آپاتیت است.

• ترکیب شیمیایی. محتوای سیلیس (SiO2) از 45 تا 52-53 درصد، مجموع اکسیدهای قلیایی Na2O+K2O تا 5 درصد، در بازالت های قلیایی تا 7 درصد متغیر است. سایر اکسیدها را می توان به صورت زیر توزیع کرد: 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%;

کوارتز (سیلیکون (IV) اکسید، سیلیس)

فرمول: SiO2

• فرمول: SiO2

• رنگ:بی رنگ، سفید، بنفش، خاکستری، زرد، قهوه ای

• رنگ صفت:سفید

• درخشش:شیشه ای، گاهی اوقات چرب در توده های جامد

• تراکم: 2.6-2.65 g/cm³

• سختی: 7

خواص شیمیایی

کوراندوم (Al2O3، آلومینا)

فرمول: Al2O3

• فرمول: Al2O3

• رنگ:آبی، قرمز، زرد، قهوه ای، خاکستری

• رنگ صفت:سفید

• درخشش:شیشه

• تراکم: 3.9-4.1 g/cm³

• سختی: 9

تلوریم

ساختار زنجیره ای تلوریوم

• کریستال ها شش ضلعی هستند، اتم های موجود در آنها زنجیره های مارپیچ را تشکیل می دهند و با پیوندهای کووالانسی به نزدیک ترین همسایگان خود متصل می شوند. بنابراین تلوریم عنصری را می توان یک پلیمر معدنی در نظر گرفت. تلوریم کریستالی با درخشش فلزی مشخص می شود، اگرچه به دلیل ترکیبی از خواص شیمیایی آن را می توان به عنوان یک غیر فلز طبقه بندی کرد.

کاربردهای تلوریم

• تولید مواد نیمه هادی

• تولید لاستیک

• ابررسانایی دمای بالا

سلنیوم

ساختار زنجیره سلنیوم

مشکی خاکستری قرمز

سلنیوم خاکستری

سلنیوم خاکستری (گاهی اوقات فلزی نامیده می شود) دارای کریستال هایی در یک سیستم شش ضلعی است. شبکه ابتدایی آن را می توان به عنوان یک مکعب کمی تغییر شکل نشان داد. به نظر می رسد تمام اتم های آن بر روی زنجیره های مارپیچی قرار دارند و فاصله بین اتم های همسایه در یک زنجیره تقریباً یک و نیم برابر کمتر از فاصله بین زنجیره ها است. بنابراین، مکعب های ابتدایی تحریف می شوند.

کاربردهای سلنیوم خاکستری

• سلنیوم خاکستری معمولی دارای خواص نیمه هادی است. رسانایی در آن عمدتا نه توسط الکترون ها، بلکه توسط "سوراخ" ایجاد می شود.

• یکی دیگر از خواص بسیار مهم سلنیوم نیمه هادی توانایی آن در افزایش شدید هدایت الکتریکی تحت تأثیر نور است. عملکرد فتوسل های سلنیوم و بسیاری از وسایل دیگر بر اساس این خاصیت است.

سلنیوم قرمز

• سلنیوم قرمز یک اصلاح آمورف کمتر پایدار است.

• پلیمری با ساختار زنجیره ای اما ساختار نامناسب. در محدوده دمایی 70-90 درجه سانتیگراد، خواص لاستیک مانند را به دست می آورد و به حالت بسیار الاستیک تبدیل می شود.

• نقطه ذوب خاصی ندارد.

• سلنیوم آمورف قرمزبا افزایش دما (55-) شروع به تبدیل شدن به سلنیوم شش ضلعی خاکستری می کند

گوگرد

ویژگی های ساختاری

• اصلاح پلاستیکی گوگرد توسط زنجیره های مارپیچ اتم های گوگرد با محورهای چرخش چپ و راست تشکیل می شود. این زنجیرها در یک جهت پیچ خورده و کشیده می شوند.

• گوگرد پلاستیک ناپایدار است و خود به خود به گوگرد لوزی شکل تبدیل می شود.

بدست آوردن گوگرد پلاستیکی

کاربرد گوگرد

• تهیه اسید سولفوریک؛

• در صنعت کاغذ؛

• در کشاورزی (برای مبارزه با بیماری های گیاهی، عمدتاً انگور و پنبه)؛

• در تولید رنگ ها و ترکیبات نورانی؛

• برای به دست آوردن پودر سیاه (شکار)؛

• در تولید کبریت؛

• پماد و پودر برای درمان برخی از بیماری های پوستی.

اصلاحات آلوتروپیک کربن

ویژگی های مقایسه ای

کاربرد اصلاحات آلوتروپیک کربن

• الماس - در صنعت: برای ساختن چاقو، مته، برش استفاده می شود. در ساخت جواهرات آینده توسعه میکروالکترونیک بر روی بسترهای الماسی است.

• گرافیت - برای ساخت بوته های ذوب، الکترودها؛ پرکننده پلاستیکی؛ تعدیل کننده نوترون در راکتورهای هسته ای؛ جزء ترکیب برای ساخت سرب برای مدادهای گرافیتی سیاه (مخلوط با کائولن)

پلیمرها ترکیباتی با وزن مولکولی بالا هستند که از مونومرهای زیادی تشکیل شده اند. پلیمرها را باید از چیزهایی به نام الیگومر متمایز کرد، در مقابل که با افزودن واحد شماره گذاری شده دیگر، خواص پلیمر تغییر نمی کند.

اتصال بین واحدهای مونومر را می توان با استفاده از پیوندهای شیمیایی انجام داد که در این صورت آنها را گرماسخت می نامند یا به دلیل نیروی عمل بین مولکولی که برای به اصطلاح ترموپلاستیک ها معمول است.

ترکیب مونومرها برای تشکیل یک پلیمر می تواند در نتیجه یک واکنش چند تراکمی یا پلیمریزاسیون رخ دهد.

بسیاری از ترکیبات مشابه در طبیعت یافت می شوند که معروف ترین آنها پروتئین ها، لاستیک، پلی ساکاریدها و اسید نوکلئیک هستند. به این گونه مواد آلی می گویند.

امروزه تعداد زیادی پلیمر به صورت مصنوعی تولید می شوند. چنین ترکیباتی را پلیمرهای معدنی می نامند. پلیمرهای معدنی با ترکیب عناصر طبیعی از طریق واکنش های چند تراکمی، پلیمریزاسیون و تبدیل شیمیایی تولید می شوند. این به شما امکان می دهد مواد طبیعی گران قیمت یا کمیاب را جایگزین کنید یا مواد جدیدی ایجاد کنید که در طبیعت مشابهی ندارند. شرط اصلی این است که پلیمر حاوی عناصر با منشاء آلی نباشد.

پلیمرهای معدنی به دلیل خواصی که دارند، محبوبیت زیادی به دست آورده اند. دامنه استفاده از آنها بسیار گسترده است و زمینه های کاربردی جدیدی به طور مداوم پیدا می شود و انواع جدیدی از مواد معدنی در حال توسعه هستند.

ویژگی های اصلی

امروزه انواع مختلفی از پلیمرهای معدنی اعم از طبیعی و مصنوعی وجود دارد که دارای ترکیبات، خواص، دامنه کاربرد و حالت تجمع متفاوتی هستند.

سطح توسعه فعلی صنایع شیمیایی امکان تولید پلیمرهای معدنی در حجم زیاد را فراهم می کند. برای به دست آوردن چنین ماده ای لازم است شرایط فشار بالا و دمای بالا ایجاد شود. ماده اولیه برای تولید، ماده خالصی است که در معرض فرآیند پلیمریزاسیون است.

پلیمرهای معدنی با این واقعیت مشخص می‌شوند که دارای استحکام، انعطاف‌پذیری بالا، حمله شیمیایی دشوار هستند و در برابر دماهای بالا مقاوم هستند. اما برخی از انواع ممکن است شکننده و فاقد خاصیت ارتجاعی باشند، اما در عین حال کاملاً قوی هستند. معروف ترین آنها گرافیت، سرامیک، آزبست، شیشه معدنی، میکا، کوارتز و الماس است.

رایج ترین پلیمرها بر اساس زنجیره ای از عناصر مانند سیلیکون و آلومینیوم هستند. این به دلیل فراوانی این عناصر در طبیعت به ویژه سیلیکون است. معروف ترین آنها پلیمرهای معدنی مانند سیلیکات ها و آلومینوسیلیکات ها هستند.

خواص و خصوصیات نه تنها بسته به ترکیب شیمیایی پلیمر، بلکه بر اساس وزن مولکولی، درجه پلیمریزاسیون، ساختار اتمی و پراکندگی چندگانه متفاوت است.

Polydispersity وجود درشت مولکول هایی با جرم های مختلف در ترکیب است.

بیشتر ترکیبات معدنی با شاخص های زیر مشخص می شوند:

1. قابلیت ارتجاعی. مشخصه ای مانند کشسانی توانایی یک ماده را برای افزایش اندازه تحت تأثیر نیروی خارجی و بازگشت به حالت اولیه پس از برداشتن بار نشان می دهد. به عنوان مثال، لاستیک می تواند 7 تا 8 بار منبسط شود بدون اینکه ساختار آن تغییر کند یا آسیبی ایجاد کند. بازگرداندن شکل و اندازه با حفظ مکان ماکرومولکول ها در ترکیب، تنها بخش های جداگانه آنها حرکت می کند.
2. ساختار کریستالی. خواص و خصوصیات ماده به آرایش فضایی عناصر تشکیل دهنده که ساختار بلوری نامیده می شود و برهم کنش آنها بستگی دارد. بر اساس این پارامترها، پلیمرها به دو دسته کریستالی و آمورف تقسیم می شوند.

کریستالی ها دارای ساختار پایداری هستند که در آن آرایش خاصی از ماکرومولکول ها مشاهده می شود. آمورف ها از درشت مولکول هایی با برد کوتاه تشکیل شده اند که فقط در مناطق خاصی ساختار پایدار دارند.

ساختار و درجه تبلور به عوامل مختلفی مانند دمای تبلور، وزن مولکولی و غلظت محلول پلیمر بستگی دارد.

1. شیشه ای بودن. این ویژگی مشخصه پلیمرهای آمورف است که با کاهش دما یا افزایش فشار، ساختاری شیشه ای پیدا می کنند. در این حالت حرکت حرارتی ماکرومولکول ها متوقف می شود. محدوده دمایی که در آن فرآیند تشکیل شیشه رخ می دهد به نوع پلیمر، ساختار آن و خواص عناصر ساختاری بستگی دارد.
2. حالت جریان ویسکوز این خاصیتی است که در آن تغییرات غیر قابل برگشت در شکل و حجم یک ماده تحت تأثیر نیروهای خارجی رخ می دهد. در حالت جریان چسبناک، عناصر ساختاری در جهت خطی حرکت می کنند که باعث تغییر شکل آن می شود.

ساختار پلیمرهای معدنی

این خاصیت در برخی صنایع بسیار حائز اهمیت است. اغلب در پردازش ترموپلاستیک ها با استفاده از روش هایی مانند قالب گیری تزریقی، اکستروژن، شکل دهی خلاء و غیره استفاده می شود. در این حالت، پلیمر در دماهای بالا و فشار بالا ذوب می شود.

انواع پلیمرهای معدنی

امروزه معیارهای خاصی وجود دارد که بر اساس آن پلیمرهای معدنی طبقه بندی می شوند. اصلی ترین آنها عبارتند از:

• ماهیت منشاء؛
• انواع عناصر شیمیایی و تنوع آنها؛
• تعداد واحدهای مونومر؛
• ساختار زنجیره پلیمری؛
• خواص فیزیکی و شیمیایی.

بسته به ماهیت منشا، پلیمرهای مصنوعی و طبیعی طبقه بندی می شوند. طبیعی در شرایط طبیعی بدون دخالت انسان تشکیل می شود، در حالی که مصنوعی در شرایط صنعتی تولید و اصلاح می شود تا به خواص مورد نیاز دست یابد.

امروزه انواع زیادی از پلیمرهای معدنی وجود دارد که در میان آنها پرمصرف ترین آنها می باشد. این شامل آزبست می شود.

آزبست یک کانی فیبر ریز است که از گروه سیلیکات است. ترکیب شیمیایی آزبست توسط سیلیکات های منیزیم، آهن، سدیم و کلسیم نشان داده شده است. آزبست دارای خواص سرطان زایی است و بنابراین برای سلامت انسان بسیار خطرناک است. برای کارگران درگیر در استخراج آن بسیار خطرناک است. اما در قالب محصولات نهایی کاملا بی خطر است، زیرا در مایعات مختلف حل نمی شود و با آنها واکنش نشان نمی دهد.

سیلیکون یکی از رایج ترین پلیمرهای معدنی مصنوعی است. ملاقات با آن در زندگی روزمره آسان است. نام علمی سیلیکون پلی سیلوکسان است. ترکیب شیمیایی آن پیوندی از اکسیژن و سیلیکون است که به سیلیکون خاصیت استحکام و انعطاف پذیری بالایی می دهد. به لطف این، سیلیکون قادر است بدون از دست دادن قدرت، در برابر دماهای بالا و استرس فیزیکی مقاومت کند و شکل و ساختار خود را حفظ کند.

پلیمرهای کربن در طبیعت بسیار رایج هستند. همچنین گونه های زیادی وجود دارد که توسط انسان در شرایط صنعتی سنتز شده است. در بین پلیمرهای طبیعی، الماس برجسته است. این ماده فوق العاده بادوام است و ساختار شفافی دارد.

Carbyne یک پلیمر کربن مصنوعی است که دارای خواص استحکام بیشتری است که کمتر از الماس و گرافن نیست. به شکل کلودبری سیاه با ساختار کریستالی ریز تولید می شود. دارای خاصیت هدایت الکتریکی است که تحت تأثیر نور افزایش می یابد. قادر به تحمل دمای 5000 درجه بدون از دست دادن خواص.

گرافیت یک پلیمر کربنی است که ساختار آن با جهت مسطح مشخص می شود. به همین دلیل، ساختار گرافیت لایه لایه است. این ماده الکتریسیته و گرما را هدایت می کند، اما نور را از خود عبور نمی دهد. نوع آن گرافن است که از یک لایه مولکول کربن تشکیل شده است.

پلیمرهای بور با سختی بالا مشخص می شوند و از الماس چندان پایین تر نیستند. توانایی تحمل دمای بیش از 2000 درجه را دارد که بسیار بالاتر از دمای مرزی الماس است.

پلیمرهای سلنیوم طیف نسبتاً وسیعی از مواد معدنی هستند. معروف ترین آنها کاربید سلنیوم است. کاربید سلنیوم ماده ای بادوام است که به شکل کریستال های شفاف ظاهر می شود.

پلی سیلان ها خواص ویژه ای دارند که آنها را از سایر مواد متمایز می کند. این نوع الکتریسیته را هدایت می کند و می تواند تا 300 درجه حرارت را تحمل کند.

کاربرد

پلیمرهای غیر آلی تقریباً در تمام زمینه های زندگی ما استفاده می شوند. بسته به نوع آنها خواص مختلفی دارند. ویژگی اصلی آنها این است که مواد مصنوعی خواص بهتری نسبت به مواد آلی دارند.

آزبست در زمینه های مختلف، عمدتا در ساخت و ساز استفاده می شود. برای تولید تخته سنگ و انواع لوله ها از مخلوط سیمان و آزبست استفاده می شود. آزبست همچنین برای کاهش اثر اسیدی استفاده می شود. در صنایع سبک از آزبست برای دوخت لباس های آتش نشانی استفاده می شود.

سیلیکون در زمینه های مختلف استفاده می شود. برای تولید لوله های صنایع شیمیایی، عناصر مورد استفاده در صنایع غذایی و همچنین در ساخت و ساز به عنوان درزگیر استفاده می شود.

به طور کلی سیلیکون یکی از کاربردی ترین پلیمرهای معدنی است.

الماس بیشتر به عنوان یک ماده جواهر شناخته می شود. به دلیل زیبایی و سختی استخراج بسیار گران است. اما از الماس در صنعت نیز استفاده می شود. این ماده در دستگاه های برش برای برش مواد بسیار بادوام ضروری است. می توان از آن به صورت خالص به عنوان کاتر یا اسپری بر روی عناصر برش استفاده کرد.

گرافیت به طور گسترده ای در زمینه های مختلف استفاده می شود، مداد از آن ساخته می شود، در مهندسی مکانیک، در صنایع هسته ای و به شکل میله های گرافیتی استفاده می شود.

گرافن و کاربین هنوز به خوبی درک نشده اند، بنابراین دامنه کاربرد آنها محدود است.

از پلیمرهای بور برای تولید ساینده ها، عناصر برش و غیره استفاده می شود. ابزارهای ساخته شده از چنین موادی برای پردازش فلز ضروری هستند.

کاربید سلنیوم برای تولید کریستال سنگ استفاده می شود. با حرارت دادن ماسه کوارتز و زغال سنگ تا 2000 درجه به دست می آید. کریستال برای تولید ظروف غذاخوری و وسایل داخلی باکیفیت استفاده می شود.

عملاً هیچ فردی در دنیای مدرن وجود ندارد که حداقل ایده ای در مورد پلیمرها نداشته باشد. پلیمرها با یک فرد زندگی می کنند و زندگی او را راحت تر و راحت تر می کنند. هنگام ذکر پلیمرها، اولین ارتباط با مواد آلی مصنوعی خواهد بود، زیرا آنها بیشتر قابل مشاهده هستند. پلیمرهای طبیعی - مواد آلی طبیعی - اگرچه تعداد بیشتری از آنها در دنیای اطراف ما وجود دارد، اما در درک انجمنی یک فرد در پس زمینه محو می شوند. آنها همیشه ما را احاطه کرده اند، اما هیچ کس به ماهیت منشاء گیاهان و جانوران فکر نمی کند. سلولز، نشاسته، لیگنین، لاستیک، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک مواد اصلی مورد استفاده طبیعت برای ایجاد دنیای حیوانات و گیاهان اطراف ما هستند. و مطلقاً هیچ کس سنگ های قیمتی، گرافیت، میکا، ماسه و خاک رس، شیشه و سیمان را به عنوان پلیمر درک نخواهد کرد. با این وجود، علم واقعیت ساختار پلیمری بسیاری از ترکیبات معدنی، از جمله موارد ذکر شده در بالا را ثابت کرده است. مواد پلیمری از ماکرومولکول ها تشکیل شده اند. هنگامی که پلیمرها تشکیل می شوند، تعداد زیادی از اتم ها یا گروه های اتم توسط پیوندهای شیمیایی - کووالانسی یا هماهنگی - به یکدیگر متصل می شوند. ماکرومولکول‌های پلیمری حاوی ده‌ها، صدها، هزاران یا ده‌ها هزار اتم یا واحدهای ابتدایی تکرارشونده هستند. اطلاعات مربوط به ساختار پلیمر با مطالعه خواص محلول ها، ساختار بلورها و خواص مکانیکی و فیزیکوشیمیایی مواد معدنی به دست آمد. در تأیید موارد فوق، باید توجه داشت که مقالات علمی کافی وجود دارد که واقعیت ساختار پلیمری برخی از مواد معدنی را تأیید می کند.

یک نکته منطقی می تواند این باشد: چرا اطلاعات زیادی در مورد پلیمرهای آلی مصنوعی و اطلاعات کمی در مورد پلیمرهای معدنی وجود دارد؟ اگر مواد پلیمری معدنی وجود دارد، دقیقا چه هستند و در کجا استفاده می شوند؟ چندین نمونه از پلیمرهای معدنی در بالا ذکر شد. اینها مواد شناخته شده ای هستند که همه آنها را می شناسند، اما کمتر کسی می داند که این مواد را می توان به عنوان پلیمر طبقه بندی کرد. به طور کلی، افراد عادی اهمیتی نمی دهند که گرافیت را می توان به عنوان یک پلیمر طبقه بندی کرد یا نه، برای برخی حتی ممکن است معادل سازی جواهرات گران قیمت با جواهرات پلاستیکی ارزان باشد. با این وجود، اگر دلیلی وجود دارد که برخی از مواد معدنی را پلیمر بنامیم، پس چرا در مورد آن صحبت نکنیم. بیایید به برخی از نمایندگان چنین مواد نگاه کنیم و با جزئیات بیشتری به جالب ترین آنها نگاه کنیم.
سنتز پلیمرهای معدنی اغلب به مواد اولیه بسیار خالص و همچنین دما و فشار بالا نیاز دارد. روش های اصلی تولید آنها مانند پلیمرهای آلی پلیمریزاسیون، پلی تراکم و چند هماهنگی است. ساده‌ترین پلیمرهای معدنی شامل ترکیبات همزنجیره‌ای هستند که از زنجیره‌ها یا چارچوب‌هایی ساخته شده‌اند که از اتم‌های یکسان ساخته شده‌اند. علاوه بر کربن شناخته شده، که عنصر اصلی در ساخت تقریباً تمام پلیمرهای آلی است، عناصر دیگری نیز می توانند در ساخت ماکرومولکول ها شرکت کنند. این عناصر عبارتند از بور از گروه سوم، سیلیسیم، ژرمانیوم و قلع از گروه چهارم که شامل کربن، فسفر، آرسنیک، آنتیموان و بیسموت از گروه پنجم، گوگرد، سلنیوم، تلوریم از گروه ششم است. به طور عمده پلیمرهای هموچین به دست آمده از این عناصر در الکترونیک و اپتیک استفاده می شود. صنعت الکترونیک با سرعت بسیار بالایی در حال توسعه است و تقاضا برای کریستال های مصنوعی مدت هاست که از عرضه فراتر رفته است. اما نکته قابل توجه کربن و پلیمرهای معدنی است که بر اساس آن تولید می شوند: الماس و گرافیت. گرافیت ماده ای شناخته شده است که در صنایع مختلف کاربرد پیدا کرده است. مدادها، الکترودها، بوته ها، رنگ ها و روان کننده ها از گرافیت ساخته می شوند. هزاران تن گرافیت به دلیل خواصی که دارد برای کاهش سرعت نوترون ها به نیازهای صنعت هسته ای می رود. در مقاله ما با جزئیات بیشتری در مورد جالب ترین نمایندگان پلیمرهای معدنی - سنگ های قیمتی صحبت خواهیم کرد.
جالب ترین، پرمدعا و محبوب ترین نماینده پلیمرهای معدنی توسط زنان الماس است. الماس ها مواد معدنی بسیار گران قیمتی هستند که می توانند به عنوان پلیمرهای معدنی طبقه بندی شوند که در طبیعت توسط پنج شرکت بزرگ استخراج می شوند: DeBeers، Alrosa، Leviev، BHPBilliton، RioTinto. این شرکت DeBeers بود که شهرت این سنگ ها را ایجاد کرد. بازاریابی هوشمند به شعار "برای همیشه" خلاصه می شود. DeBeers این سنگ را به نماد عشق، رفاه، قدرت و موفقیت تبدیل کرده است. یک واقعیت جالب این است که الماس اغلب در طبیعت یافت می شود، به عنوان مثال یاقوت کبود و یاقوت، که مواد معدنی کمیاب تر هستند، اما ارزش آنها کمتر از الماس است. جالب ترین چیز وضعیتی است که در بازار الماس طبیعی ایجاد شده است. واقعیت این است که فناوری هایی وجود دارد که امکان دستیابی به الماس مصنوعی را فراهم می کند. در سال 1954، تریسی هال، محقق جنرال الکتریک، دستگاهی را اختراع کرد که امکان به دست آوردن بلورهای الماس از سولفید آهن را در فشار 100000 اتمسفر و دمای بیش از 2500 درجه سانتیگراد فراهم کرد. کیفیت این سنگ ها از نظر زیورآلات بالا نبود، اما سختی آن به اندازه سنگ طبیعی بود. اختراع هال بهبود یافت و در سال 1960 جنرال الکتریک کارخانه ای ایجاد کرد که در آن امکان تولید الماس با کیفیت جواهر وجود داشت. نکته منفی این بود که قیمت سنگ های مصنوعی بیشتر از سنگ های طبیعی بود.
در حال حاضر دو فناوری برای سنتز الماس وجود دارد. فناوری HPHT (فشار بالا/دمای بالا) سنتز الماس در ترکیبی از فشار بالا و دمای بالا است. فناوری CVD (رسوب بخار شیمیایی) یک فناوری رسوب بخار شیمیایی است که پیشروتر در نظر گرفته می شود و به شما امکان می دهد الماس را رشد دهید، گویی شرایط طبیعی رشد آن را شبیه سازی می کند. هر دو فناوری مزایا و معایبی دارند. کمپین هایی که از آنها استفاده می کنند، با استفاده از اختراعات و پیشرفت های خود، کاستی های فناوری را برطرف می کنند. به عنوان مثال، در سال 1989، گروهی از دانشمندان شوروی از نووسیبیرسک توانستند فشار همجوشی را به 60000 اتمسفر کاهش دهند. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی، به لطف بسیاری از سرمایه گذاران خارجی که علاقه مند به دستیابی به فناوری سنتز ارزان قیمت سنگ های قیمتی با کیفیت بالا هستند، پیشرفت ها در زمینه سنتز الماس ادامه یافت. به عنوان مثال، DeBeers، برای اینکه فرصت کنترل بازار را از دست ندهد، کار برخی از دانشمندان را تامین مالی کرد. برخی از کارآفرینان خصوصی تجهیزات سنتز الماس را در روسیه خریداری کردند، برای مثال، شرکت آمریکایی Gemesis که اکنون در حال رشد است، با خرید یک تاسیسات پرورش الماس در روسیه در سال 1996 به قیمت 60000 دلار شروع به کار کرد. اکنون Gemesis الماس هایی با رنگ های کمیاب: زرد و آبی تولید و به فروش می رساند و تفاوت قیمت بین این سنگ های طبیعی و دقیقاً همان سنگ های طبیعی به 75 درصد می رسد.

یکی دیگر از شرکت‌های بزرگ سنتز الماس، Apollo Diamond، در حال بهبود فناوری HPHT با سنتز سنگ‌ها در فضای گاز با یک ترکیب خاص (فناوری همزیستی HPHT و CVD) است. این روش الماس آپولو را وارد بازار سنگ های جواهرات می کند، کیفیت الماس های مصنوعی که با استفاده از این فناوری رشد می کنند بسیار بالاست. تشخیص سنگ های مصنوعی از سنگ های طبیعی برای زمین شناسان به طور فزاینده ای دشوار است. این نیاز به مجموعه ای از تجزیه و تحلیل با استفاده از تجهیزات بسیار پیچیده و گران قیمت دارد. تمایز الماس های سنگی مصنوعی Apollo Diamond از مواد معدنی طبیعی با استفاده از روش های آنالیز استاندارد تقریباً غیرممکن است.

تولید جهانی الماس اکنون 115 میلیون قیراط یا 23 تن در سال است. از نظر تئوری، این بازار غول پیکر ممکن است سقوط کند و شهرت الماس به عنوان سنگ های قیمتی برای همیشه از بین برود. شرکت های انحصاری برای تثبیت وضعیت و کنترل بازار سرمایه گذاری می کنند. به عنوان مثال، کمپین های بازاریابی گران قیمت انجام می شود، حق ثبت اختراع برای فناوری های تولید الماس مصنوعی خریداری می شود تا این فناوری ها هرگز معرفی نشوند، گواهینامه ها و پاسپورت های با کیفیت برای الماس های مارک دار صادر می شود که منشاء طبیعی آنها را تأیید می کند. اما آیا این مانع از پیشرفت فناوری همجوشی می شود؟

پس از صحبت در مورد الماس، درخشش سنگ های قیمتی صنعت جواهرسازی حواسمان را پرت کرد، اما باید به سنگ های صنعتی نیز اشاره کرد. در این مورد، اکثر شرکت های تولید الماس عمدتاً برای نیازهای صنایع الکترونیک و نوری فعالیت می کنند. بازار سنگ صنعتی ممکن است به اندازه بازار جواهرات جذاب نباشد، اما با این وجود بسیار بزرگ است. به عنوان مثال، درآمد اصلی آپولو دایموند، سنتز دیسک های الماس نازک برای نیمه هادی ها است. به هر حال، اکنون یک تاسیسات سنتز الماس با بهره وری حدود 200 کیلوگرم الماس در ماه را می توان با قیمت 30 هزار دلار خریداری کرد.

یکی دیگر از نمایندگان سنگ های قیمتی یاقوت است. اولین یاقوت مصنوعی در سال 1902 متولد شد. این ماده توسط مهندس فرانسوی Verneuil با ذوب اکسید آلومینیوم و پودر کروم ساخته شد که سپس به یک یاقوت شش گرمی متبلور شد. این سادگی سنتز باعث توسعه نسبتاً سریع تولید صنعتی یاقوت در سراسر جهان شد. این سنگ تقاضای زیادی دارد. هر ساله حدود 5 تن یاقوت در جهان استخراج می شود و نیاز بازار به صدها تن می رسد. یاقوت در صنعت ساعت و تولید لیزر مورد نیاز است. فناوری ارائه شده توسط ورنویل متعاقباً پیش نیازهای سنتز یاقوت کبود و گارنت را فراهم کرد. بزرگترین تولیدات یاقوت مصنوعی در فرانسه، سوئیس، آلمان، بریتانیای کبیر و ایالات متحده آمریکا قرار دارد. اقتصاد تولید به شرح زیر است. سهم شیر از هزینه ها توسط هزینه های انرژی مصرف می شود. در عین حال، هزینه سنتز یک کیلوگرم یاقوت 60 دلار، هزینه یک کیلوگرم یاقوت کبود 200 دلار است. سودآوری چنین تجارتی بسیار بالا است، زیرا قیمت خرید کریستال حداقل دو برابر بیشتر است. در اینجا باید تعدادی از عوامل را در نظر گرفت، از جمله این واقعیت است که هر چه تک بلور بزرگتر باشد، هزینه آن کمتر است همچنین، هنگام تولید محصولات از کریستال، قیمت آنها بسیار بالاتر از قیمت بلورهای فروخته شده خواهد بود. به عنوان مثال، تولید و فروش شیشه). در مورد تجهیزات، تأسیسات روسی برای رشد کریستال ها حدود 50 هزار دلار هزینه دارند، موارد غربی یک مرتبه گران تر هستند، در حالی که دوره بازپرداخت برای تولید سازمان یافته به طور متوسط ​​دو سال است. همانطور که قبلا ذکر شد، نیاز بازار به کریستال های مصنوعی بسیار زیاد است. به عنوان مثال، کریستال های یاقوت کبود تقاضای زیادی دارند. سالانه حدود هزار تن یاقوت کبود در سراسر جهان سنتز می شود. نیاز تولید سالانه به یک میلیون تن می رسد!
زمردها منحصراً برای نیازهای صنعت جواهرسازی سنتز می شوند. بر خلاف سایر بلورها، زمرد نه از مذاب، بلکه از محلول بور هیدرید در دمای 400 درجه سانتیگراد و فشار 500 اتمسفر در یک محفظه هیدروترمال به دست می آید. عجیب است که استخراج سنگ طبیعی تنها 500 کیلوگرم در سال است. زمردهای مصنوعی نیز در دنیا در مقادیری تولید می شوند که به اندازه بلورهای دیگر نیست، حدود یک تن در سال. واقعیت این است که فناوری سنتز زمرد کم بهره وری است، اما سودآوری چنین تولیدی بالا است. با تولید حدود 5 کیلوگرم کریستال در ماه با هزینه هر کیلوگرم 200 دلار، قیمت فروش زمرد مصنوعی تقریباً برابر با قیمت زمرد طبیعی است. هزینه نصب برای سنتز زمرد حدود 10 هزار دلار است.
اما محبوب ترین کریستال مصنوعی سیلیکون است. شاید به هر سنگ قیمتی شانس بدهد. در حال حاضر سیلیکون 80 درصد از کل بازار کریستال های مصنوعی را به خود اختصاص داده است. به دلیل توسعه سریع فناوری های بالا، بازار با کمبود سیلیکون مواجه است. در حال حاضر، سودآوری تولید سیلیکون بیش از 100٪ است. قیمت هر کیلوگرم سیلیکون حدود 100 دلار در هر کیلوگرم است، در حالی که هزینه سنتز آن به 25 دلار می رسد.

سیلیکون فوق خالص به عنوان نیمه هادی استفاده می شود. فتوسل های خورشیدی با کارایی بالا از کریستال های آن ساخته می شوند. سیلیکون مانند کربن می تواند از اتم های خود زنجیره های مولکولی طولانی ایجاد کند. به این ترتیب سیلان و لاستیک به دست می آید که خواص شگفت انگیزی دارند. چندین سال پیش، کل جهان از خبر آزمایش‌های مهندس آمریکایی والتر رابز هیجان‌زده شد که موفق شد فیلمی از لاستیک سیلیکونی به ضخامت 0.0025 سانتی‌متر تولید کند. او قفسی را که همستر در آن زندگی می کرد با این لاستیک پوشاند و همستر را داخل آکواریوم پایین آورد. برای چند ساعت، اولین همستر زیردریایی جهان، اکسیژن محلول در آب را تنفس کرد و هوشیار بود و هیچ نشانه ای از اضطراب از خود نشان نداد. به نظر می رسد که فیلم نقش یک غشاء را بازی می کند و همان عملکردهای آبشش ماهی را انجام می دهد. این فیلم به مولکول‌های گاز حیاتی اجازه می‌دهد در داخل آن قرار گیرند، در حالی که دی اکسید کربن از طریق فیلم خارج می‌شود. این کشف امکان سازماندهی زندگی انسان در زیر آب را با کنار زدن سیلندرهایی با مخلوط تنفسی و ژنراتورهای اکسیژن ممکن می سازد.

سیلیکون در سه نوع وجود دارد: سیلیکون متالورژیکی (MG)، سیلیکون درجه الکترونیک (EG) و سیلیکون درجه خورشیدی (SG). به دلیل یک سری بحران های انرژی، فناوری های انرژی جایگزین به شدت در حال معرفی هستند. اینها شامل تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی، یعنی استفاده از تاسیسات خورشیدی با انرژی باتری های خورشیدی است. یکی از اجزای مهم سلول های خورشیدی سیلیکون است. در اوکراین، کارخانه تیتانیوم منیزیم Zaporozhye سیلیکون برای پنل های خورشیدی تولید کرد. در زمان اتحاد جماهیر شوروی، این شرکت 200 تن سیلیکون تولید می کرد که حجم تولید اتحادیه اروپا 300 تن بود. نویسنده در حال حاضر چیزی در مورد وضعیت تولید سیلیکون در Zaporozhye نمی داند. هزینه ساماندهی تولید مدرن سیلیکون پلی کریستالی برای نیاز صنعت انرژی با ظرفیت 1000 تن در سال حدود 56 میلیون دلار است. سنتز سیلیکون برای نیازهای مختلف در سراسر جهان رتبه اول را در تقاضا دارد و این موقعیت را برای مدت طولانی حفظ خواهد کرد.

در مقاله ما فقط برخی از نمایندگان پلیمرهای معدنی را بررسی کردیم. شاید بسیاری از چیزهایی که در بالا گفته شد توسط برخی با تعجب و علاقه واقعی درک شده باشد. کسی نگاهی تازه به مفهوم سنگ فیلسوف انداخت، حتی اگر طلا نباشد، باز هم می توان سنگ های قیمتی را از اکسیدهای فلزی غیرقابل توصیف و سایر مواد غیرقابل توجه به دست آورد. امیدواریم این مقاله باعث تفکر شده باشد و حداقل خواننده را با حقایق جالب سرگرم کرده باشد.

در سال 1833، J. Berzelius اصطلاح "پلیمریسم" را ابداع کرد که از آن برای نام بردن یکی از انواع ایزومریسم استفاده کرد. چنین موادی (پلیمرها) باید دارای ترکیب یکسان، اما وزن مولکولی متفاوت، مانند اتیلن و بوتیلن باشند. نتیجه گیری J. Berzelius با درک مدرن از اصطلاح "پلیمر" مطابقت ندارد، زیرا پلیمرهای واقعی (مصنوعی) در آن زمان هنوز شناخته شده نبودند. اولین ذکر پلیمرهای مصنوعی به سال 1838 (پلی وینیلیدین کلرید) و 1839 (پلی استایرن) برمی گردد.

شیمی پلیمر تنها پس از ایجاد تئوری ساختار شیمیایی ترکیبات آلی توسط A. M. Butlerov به وجود آمد و به لطف جستجوی فشرده برای روش‌های سنتز لاستیک (G. Bushard، W. Tilden، K. Harries، I. L. Kondakov، S. V. Lebedev) توسعه یافت. . از آغاز دهه 20 قرن بیستم، ایده های نظری در مورد ساختار پلیمرها شروع به توسعه کرد.

تعریف

پلیمرها- ترکیبات شیمیایی با وزن مولکولی بالا (از چند هزار تا میلیون ها) که مولکول های آنها (درشت مولکول ها) از تعداد زیادی گروه تکرار شونده (واحدهای مونومر) تشکیل شده است.

طبقه بندی پلیمرها

طبقه بندی پلیمرها بر اساس سه ویژگی است: منشاء، ماهیت شیمیایی و تفاوت در زنجیره اصلی.

از نقطه نظر منشاء، تمام پلیمرها به طبیعی (طبیعی) تقسیم می شوند که شامل اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، سلولز، لاستیک طبیعی، کهربا است. مصنوعی (به دست آمده در آزمایشگاه از طریق سنتز و بدون آنالوگ طبیعی)، که شامل پلی اورتان، پلی وینیلیدین فلوراید، رزین های فنل فرمالدئید و غیره می شود. مصنوعی (به دست آمده در آزمایشگاه با سنتز، اما بر اساس پلیمرهای طبیعی) - نیتروسلولز و غیره.

بر اساس ماهیت شیمیایی خود، پلیمرها به پلیمرهای آلی (بر اساس یک مونومر - یک ماده آلی - همه پلیمرهای مصنوعی)، غیر آلی (بر اساس Si، Ge، S و سایر عناصر معدنی - پلی سیلان ها، اسیدهای پلی سیلیسیک) و عنصر آلی (a) تقسیم می شوند. مخلوطی از پلیمرهای آلی و معدنی - پلی سوکسان ها) طبیعت.

پلیمرهای همو زنجیره ای و هتروچینی وجود دارد. در مورد اول، زنجیره اصلی از اتم های کربن یا سیلیکون (پلی سیلان ها، پلی استایرن) تشکیل شده است، در مورد دوم - اسکلتی از اتم های مختلف (پلی آمیدها، پروتئین ها).

خواص فیزیکی پلیمرها

پلیمرها با دو حالت تجمع - کریستالی و آمورف - و خواص ویژه - الاستیسیته (تغییر شکل های برگشت پذیر تحت بار سبک - لاستیک)، شکنندگی کم (پلاستیک)، جهت گیری تحت اثر میدان مکانیکی هدایت شده، ویسکوزیته بالا و انحلال مشخص می شوند. پلیمر از طریق تورم آن رخ می دهد.

تهیه پلیمرها

واکنش های پلیمریزاسیون، واکنش های زنجیره ای هستند که نشان دهنده افزودن متوالی مولکول های ترکیبات غیراشباع به یکدیگر با تشکیل یک محصول با وزن مولکولی بالا - یک پلیمر هستند (شکل 1).

برنج. 1. طرح کلی برای تولید پلیمر

به عنوان مثال، پلی اتیلن از پلیمریزاسیون اتیلن تولید می شود. وزن مولکولی مولکول به 1 میلیون می رسد.

n CH 2 = CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -)-

خواص شیمیایی پلیمرها

اول از همه، پلیمرها با واکنش های مشخصه گروه عاملی موجود در پلیمر مشخص می شوند. به عنوان مثال، اگر پلیمر حاوی یک گروه هیدروکسو مشخصه کلاس الکل ها باشد، بنابراین پلیمر در واکنش هایی مانند الکل ها شرکت می کند.

ثانیا، برهمکنش با ترکیبات با وزن مولکولی کم، برهمکنش پلیمرها با یکدیگر با تشکیل پلیمرهای شبکه ای یا شاخه ای، واکنش بین گروه های عاملی که بخشی از همان پلیمر هستند و همچنین تجزیه پلیمر به مونومر (تخریب زنجیر).

کاربرد پلیمرها

تولید پلیمرها کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف زندگی انسان پیدا کرده است - صنایع شیمیایی (تولید پلاستیک)، ساخت ماشین آلات و هواپیما، شرکت های پالایش نفت، پزشکی و فارماکولوژی، کشاورزی (تولید علف کش ها، حشره کش ها، آفت کش ها)، صنعت ساختمان عایق صوتی و حرارتی)، تولید اسباب بازی، پنجره، لوله، لوازم خانگی.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 1

از نظر تئوری، وجود پلیمرهای معدنی تشکیل شده توسط عناصر شیمیایی گروه های III-VI سیستم عنصر امکان پذیر است.

مهمترین عنصر شیمیایی برای ایجاد پلیمرهای معدنی، اکسیژن است که فراوان ترین عنصر روی زمین است. این عنصر به راحتی ترکیبات با وزن مولکولی بالا با زنجیره هتروگزان ایجاد می کند، بنابراین پلی المنتوکسان ها کلاس اصلی پلیمرهای بدون کربن یا غیر آلی زنجیره هترونیک هستند.

پلیمرهای معدنی شامل تمام پلی المنتوکسان های بدون کربن با پیوندهایی مانند P-O، B-O، S-O، Si-O، Al-O و غیره و همچنین بسیاری از ترکیبات هترونهسته ای بدون کربن مانند بوریدها، سولفیدها، سیلیسیدها، کاربیدها و غیره می باشند.

به طور کلی پذیرفته شده است که ترکیبات با مولکولی بالا شامل موادی متشکل از اتم هایی هستند که با پیوندهای کووالانسی به یک ساختار ماکرومولکولی متصل شده اند. مشخص شده است که محتوای پیوندهای کووالانسی در پلیمرهای معدنی بین 50 تا 80 درصد است.

ماکرومولکول های پلیمرهای معدنی نه تنها می توانند هتروزنجیره، بلکه هماتمی باشند. پلیمرهای هماتمی آلی کربن به خوبی شناخته شده اند - الماس و گرافیت، که در بالا مورد بحث قرار گرفت (فصل 4).

پلیمرهای معدنی هماتمی گوگرد، سلنیوم و تلوریم کمتر شناخته شده هستند. پلیمرهای گوگرد هماتمی دارای وزن مولکولی از 5000 تا 300000، دمای انتقال شیشه ای 248-250 کلوین و خاصیت کشسانی بالایی در دماهای 273-353 کلوین از خود نشان می دهند. اما اکثر عناصر شیمیایی قادر به تشکیل ترکیبات هماتمی با مولکولی بالا نیستند.

پلیمرهای غیرآلی هتروشین بسیار بیشتر شناخته شده اند. به دلیل ساختاری که دارند، پایداری و مقاومت بیشتری در برابر تأثیرات مختلف دارند.

پلیمرهای غیرآلی هتروشین مانند پلیمرهای آلی می توانند ساختار خطی و شبکه ای داشته باشند. شیشه های خطی شامل شیشه های سیلیکات مبتنی بر اکسید سیلیکون، پلی فسفات ها و پلی بورات ها (ترکیبات مبتنی بر نمک های پلی فسفریک اسید و پلی بوریک به ترتیب) می باشد. ماهیت مولکولی بالا سیلیکات ها، هموطن بزرگ ما D.I. مندلیف در قرن نوزدهم پیش بینی کرد. و در مورد سیلیس به عنوان یک پلیمر نوشت.

یکی دیگر از پلیمرهای معدنی غیرآلی بر پایه دی اکسید سیلیکون، کوارتز، ساختار شبکه ای سه بعدی دارد.

دیگر مواد پلیمری معدنی طبیعی بر پایه سیلیکات ها به خوبی شناخته شده اند - آزبست، میکا، تالک. فن آوری هایی برای سنتز این پلیمرها توسعه یافته است و ویژگی های فنی مواد مصنوعی بالاتر از مواد طبیعی است.

مهم‌ترین گروه مواد پلیمری غیرآلی با ترکیبات مختلف از سرامیک‌ها تشکیل شده است.

چه چیزی به ما اجازه می دهد که این مواد را پلیمری بدانیم؟ اول از همه، وجود ناهمسانگردی زیاد ماکرومولکول و اتصال اتم ها با یکدیگر توسط پیوندهای کووالانسی قوی. همراه با این، برای پلیمرهای بدون کربن، و همچنین برای پلیمرهای آلی، حالت گازی ناشناخته است. درست مانند ترکیبات آلی با مولکولی بالا، پلیمرهای بدون کربن به گرمانرم (به عنوان مثال، شیشه های سیلیکات) و ترموست (به عنوان مثال، سرامیک های اکسیدی) تقسیم می شوند.

محلول‌ها و مذاب‌های پلیمرهای معدنی در مقایسه با محلول‌های مواد با وزن مولکولی کم، ویسکوزیته بیشتری دارند که با افزایش وزن مولکولی افزایش می‌یابد. پلیمرهای معدنی شبکه شده، مانند پلیمرهای آلی شبکه ای، قابلیت انحلال ندارند.

مواد پلیمری غیر آلی با ساختار خطی قابلیت قرار گرفتن در سه حالت فیزیکی شیشه ای، بسیار الاستیک و چسبناک را دارند. در شکل شکل 17.1 منحنی های ترمومکانیکی پلیمرهای آلی و معدنی را نشان می دهد. منحنی ها با اندازه گیری زاویه پیچش f یک میله گرد ساخته شده از ماده مورد مطالعه در دماهای مختلف ساخته شدند.

از داده های ارائه شده مشخص است که شیشه های معدنی، مانند پلیمرهای آلی، دو تغییر دما دارند:

برنج. 17.1. منحنی های ترمومکانیکی پلیمرهای آلی و معدنی: 1 - پلکسی گلاس؛ 2- آبنیت 3, 4, 5- لیوان های سیلیکات (به ترتیب سرب، قلیایی و کم قلیایی)

بله، که در آن خواص آنها (در این مورد، زاویه پیچش میله) به شدت تغییر می کند، که با انتقال آنها از حالت شیشه ای به حالت بسیار الاستیک و از حالت جریان بسیار الاستیک به حالت جریان چسبناک همراه است.

بسیاری از پلیمرهای معدنی ساختار شبکه ای دارند و مانند ترموست های آلی نمی توانند خاصیت ارتجاعی بالایی از خود نشان دهند. برای پلیمرهای معدنی شبکه ای، و همچنین برای پلیمرهای آلی که دارای شبکه سه بعدی هستند، مفهوم "ماکرو مولکول" معنای خود را از دست می دهد، زیرا تمام اتم های آنها به یک ساختار شبکه متصل می شوند و یک ابر ماکرومولکول غول پیکر را تشکیل می دهند.

فناوری تولید ترکیبات معدنی با مولکولی بالا و همچنین ترکیبات آلی بر پایه پلیمریزاسیون و پلی تراکم است. سنتز پلیمرهای معدنی با ساختار شبکه‌ای و قالب‌گیری محصولات از آنها به طور همزمان اتفاق می‌افتد، درست مانند ساخت محصولات گرماسخت.

پلاستیک سازی پلیمرهای معدنی با مواد با وزن مولکولی کم انجام می شود و کاهش دمای انتقال شیشه ای را ممکن می سازد، مشابه آنچه در هنگام پلاستیک سازی پلیمرهای آلی با نرم کننده های آلی اتفاق می افتد. آب، الکل ها، آمونیاک و گازهایی مانند نیتروژن و اکسیژن به عنوان نرم کننده برای پلیمرهای معدنی استفاده می شود که سطح برهمکنش بین مولکولی را کاهش می دهد و فاصله بین انتقال شیشه و دمای سیالیت را افزایش می دهد.

پلیمرهای معدنی تمایل به تشکیل ساختارهای فوق مولکولی دارند. با استفاده از روش های مختلف، مشخص شده است که ساختار شیشه ای حاوی ریزناهمگنی هایی است که به طور دقیق مرتب شده اند. به ازای هر حجم 1 (G 28 سانتی متر 3) یک عنصر از نظر ساختاری در شیشه وجود دارد. اندازه چنین عناصری معمولاً بسیار کوچک است (از 1 تا 300 نانومتر) بنابراین تأثیر قابل توجهی بر خواص آنها ندارند. شیشه‌ها در برخی از مواد با کمک هسته‌ها، به طور خاص ساختار بی‌شکل دو فازی ایجاد می‌شود که امکان به دست آوردن مواد با خواص مشخص را فراهم می‌کند.

در شکل شکل 17.2 عکس هایی از ریزساختار پلیمرهای معدنی مبتنی بر اکسیدهای فلزی را نشان می دهد که در آنها تشکیلات فوق مولکولی به وضوح قابل مشاهده است که نظم ساختاری این مواد را نشان می دهد.

برنج. 17.2. ساختارهای فوق مولکولی پلیمرهای معدنی (x10000): آ- گلوله سوخت U0 2؛ ب- اسپینل MgAl 2 0 4

ماکرومولکول های پلی المنتوکسان های خطی بدون کربن، مانند پلیمرهای آلی، انعطاف پذیر هستند. نظر گسترده در مورد عدم انعطاف پذیری در ماکرومولکول های پلیمرهای معدنی بر این واقعیت استوار است که اکثر پلیمرهای طبیعی بدون کربن (سیلیکات ها) دارای ساختار سه بعدی هستند که تحرک سگمنتال ماکرومولکول ها را به شدت محدود می کند.

خواص فیزیکی و شیمیایی پلیمرهای معدنی با خواص پلیمرهای آلی و عناصر آلی تفاوت اساسی دارد که نتیجه تفاوت در ساختار زنجیره اصلی است. آنها دارای استحکام و سختی بالا، نسوز و مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر سایش و خواص دی الکتریک عالی هستند و از نظر شیمیایی و بیولوژیکی بی اثر هستند.

با توجه به این خواص، پلیمرهای معدنی به طور گسترده ای به عنوان مواد ساختاری مقاوم در برابر آتش، مقاوم در برابر حرارت و بسیار قوی استفاده می شود. از این مواد برای ساخت کاتالیزورها و جاذب ها، چسب ها و درزگیرها با مقاومت حرارتی بالا استفاده می شود. پلیمرهای معدنی به طور گسترده به عنوان مصالح ساختمانی و همچنین در ارتوپدی و دندانپزشکی استفاده می شود. و این تازه اولشه.

جدول 17.1.پیش بینی توسعه تحقیق و توسعه در زمینه مواد سرامیکی و شیشه

روی میز 17.1 پیش بینی هایی را برای توسعه تحقیقات در زمینه مواد پلیمری معدنی نشان می دهد که نشان می دهد این حوزه از علم مواد باید به تغییرات انقلابی در زمینه ایجاد فناوری جدید منجر شود.

توسعه بیشتر استفاده از این مواد با نیاز به کاهش هزینه آنها و گسترش حجم تولید همراه است.

کنترل سوالات

• 1. چه عناصر شیمیایی می توانند مواد پلیمری معدنی را تشکیل دهند؟
• 2. چه پیوندهایی اتم ها را در مواد پلیمری معدنی به هم متصل می کنند؟
• 3. نمونه هایی از مواد ساختاری غیر آلی را ذکر کنید.
• 4. مهمترین خواص ذاتی ترکیبات مولکولی بالا که پلیمرهای معدنی دارند چیست؟
• 5. چه حالت های فیزیکی برای پلیمرهای معدنی شناخته شده است؟
• 6. چگونه می توان پلیمرهای معدنی را در رابطه با گرمایش طبقه بندی کرد؟
• 7. آیا می توان پلیمرهای معدنی را پلاستیک کرد؟
• 8. آیا مفهوم ساختار فوق مولکولی برای پلیمرهای معدنی قابل اجرا است؟
• 9. خواص متمایز مواد ساختاری غیر آلی چیست؟