Polímeros inorgánicos: ejemplos y aplicaciones

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

En la naturaleza existen organoelementos, polímeros orgánicos e inorgánicos. Los materiales inorgánicos incluyen materiales cuya cadena principal es inorgánica y las ramificaciones laterales no son radicales hidrocarbonados. Los elementos de los grupos III-VI del sistema periódico de elementos químicos son los más propensos a la formación de polímeros de origen inorgánico.

Clasificación

Los polímeros orgánicos e inorgánicos se están estudiando activamente, se están determinando sus nuevas características, por lo que aún no se ha desarrollado una clasificación clara de estos materiales. Sin embargo, se pueden distinguir ciertos grupos de polímeros.

Dependiendo de la estructura:

• lineal;
• plano;
• ramificado;
• redes de polímero;
• tridimensional y otros.

Dependiendo de los átomos de la columna vertebral que forman el polímero:

• tipo de homocadena (-M-)n – consta de un tipo de átomos;
• tipo heterocadena(-M-L-)n - consisten en diferentes tipos de átomos.

Según el origen:

• natural;
• artificiales.

Para clasificar las sustancias que son macromoléculas en estado sólido como polímeros inorgánicos, también deben tener una cierta anisotropía de la estructura espacial y las propiedades correspondientes.

Características principales

Más comunes son los polímeros de heterocadena, en los que se produce una alternancia de átomos electropositivos y electronegativos, por ejemplo, B y N, P y N, Si y O. Se pueden obtener polímeros inorgánicos de heterocadena (NP) mediante reacciones de policondensación. La policondensación de oxoaniones se acelera en medio ácido, mientras que la policondensación de cationes hidratados se acelera en medio alcalino. La policondensación se puede llevar a cabo tanto en solución como en sólidos en presencia de alta temperatura.

Muchos polímeros inorgánicos de cadena heterogénea solo se pueden obtener en condiciones de síntesis a alta temperatura, por ejemplo, directamente a partir de sustancias simples. La formación de carburos, que son cuerpos poliméricos, ocurre cuando ciertos óxidos interactúan con el carbono, así como en presencia de altas temperaturas.

Cadenas homocadenas largas (con grado de polimerización n>100) forman carbono y elementos p del grupo VI: azufre, selenio, telurio.

Polímeros inorgánicos: ejemplos y aplicaciones

La especificidad de la NP radica en la educacióncuerpos cristalinos poliméricos con una estructura tridimensional regular de macromoléculas. La presencia de un marco rígido de enlaces químicos proporciona a estos compuestos una dureza significativa.

Esta propiedad hace posible el uso de polímeros inorgánicos como materiales abrasivos. El uso de estos materiales ha encontrado la aplicación más amplia en la industria.

La excepcional resistencia química y térmica de NP también es una propiedad valiosa. Por ejemplo, las fibras de refuerzo hechas de polímeros orgánicos son estables en el aire hasta una temperatura de 150-220 ˚C. Mientras tanto, la fibra de boro y sus derivados se mantienen estables hasta una temperatura de 650 ˚С. Es por eso que los polímeros inorgánicos son prometedores para crear nuevos materiales químicamente y resistentes al calor.

El valor práctico también es de NP, que tienen propiedades cercanas a las orgánicas y conservan sus propiedades específicas. Estos incluyen fosfatos, polifosfacenos, silicatos, óxidos de azufre poliméricos con varios grupos laterales.

Polímeros de carbono

Tarea: "Dar ejemplos de polímeros inorgánicos", que se encuentran a menudo en los libros de texto de química. Es recomendable realizarlo con la mención de las NP - derivadas del carbono más destacadas. Después de todo, esto incluye materiales con características únicas: diamantes, grafito y carabina.

Carbine es un polímero lineal poco estudiado y creado artificialmente con indicadores de fuerza insuperables que no son inferiores, pero según una serie de estudios ysuperior al grafeno. Sin embargo, la carabina es una sustancia misteriosa. Después de todo, no todos los científicos reconocen su existencia como un material independiente.

Exteriormente parece un polvo negro cristalino metálico. Tiene propiedades semiconductoras. La conductividad eléctrica del carbino aumenta significativamente bajo la acción de la luz. No pierde estas propiedades incluso a temperaturas de hasta 5000 ˚С, que es mucho más alta que para otros materiales de este propósito. El material fue recibido en los años 60 por V. V. Korshak, AM Sladkov, VI. Kasatochkin y Yu. P. Kudryavtsev por oxidación catalítica de acetileno. Lo más difícil fue determinar el tipo de enlace entre los átomos de carbono. Posteriormente, en el Instituto de Compuestos de Organoelementos de la Academia de Ciencias de la URSS se obtuvo una sustancia con solo dobles enlaces entre los átomos de carbono. El nuevo compuesto se denominó policumuleno.

Grafito: en este material, el pedido de polímeros se extiende solo en el plano. Sus capas no están conectadas por enlaces químicos, sino por interacciones intermoleculares débiles, por lo que conduce calor y corriente y no transmite luz. El grafito y sus derivados son polímeros inorgánicos bastante comunes. Ejemplos de su uso: desde lápices hasta la industria nuclear. Al oxidar el grafito, se pueden obtener productos de oxidación intermedios.

Diamante: sus propiedades son fundamentalmente diferentes. El diamante es un polímero espacial (tridimensional). Todos los átomos de carbono se mantienen unidos por fuertes enlaces covalentes. Porque este polímero es extremadamente duradero. El diamante no conduce corriente ni calor, tiene una estructura transparente.

Polímeros de boro

Si le preguntan qué polímeros inorgánicos conoce, no dude en responder: polímeros de boro (-BR-). Esta es una clase bastante amplia de NP, ampliamente utilizada en la industria y la ciencia.

Carburo de boro - su fórmula parece más correcta así (B12C3) n. Su celda unitaria es romboédrica. El marco está formado por doce átomos de boro unidos covalentemente. Y en el medio hay un grupo lineal de tres átomos de carbono unidos covalentemente. El resultado es una estructura muy fuerte.

Boruros: sus cristales se forman de manera similar al carburo descrito anteriormente. El más estable de estos es HfB2, que se funde solo a 3250°C. TaB2 destaca por su mayor resistencia química: ni los ácidos ni sus mezclas actúan sobre él.

Nitruro de boro: a menudo denominado talco blanco por su parecido. Esta similitud es realmente sólo superficial. Estructuralmente, es similar al grafito. Consígalo calentando boro o su óxido en una atmósfera de amoníaco.

Borazón

Elbor, borazone, cyborite, kingsongite, cubonita son polímeros inorgánicos superduros. Ejemplos de su aplicación: la fabricación de muelas abrasivas, materiales abrasivos, procesamiento de metales. Se trata de sustancias químicamente inertes a base de boro. La dureza está más cerca que otros materiales de los diamantes. En particular, el borazón deja rayones en el diamante, este último también deja rayones en los cristales de borazón.

Sin embargo, estos ND tienen varias ventajas sobre los diamantes naturales: tienen una mayorresistencia al calor (soportan temperaturas de hasta 2000 °C, el diamante se destruye a velocidades en el rango de 700-800 °C) y alta resistencia a la tensión mecánica (no son tan frágiles). El borazón fue obtenido a una temperatura de 1350 °C y una presión de 62 000 atmósferas por Robert Wentorf en 1957. Los científicos de Leningrado obtuvieron materiales similares en 1963.

Polímeros inorgánicos de azufre

Homopolímero: esta modificación del azufre tiene una molécula lineal. La sustancia no es estable, con las fluctuaciones de temperatura se descompone en ciclos octaédricos. Se forma en el caso de un enfriamiento brusco de la fusión de azufre.

Modificación polimérica del dióxido de azufre. Muy similar al asbesto, tiene una estructura fibrosa.

Polímeros de selenio

El selenio gris es un polímero con macromoléculas helicoidales lineales anidadas en paralelo. En las cadenas, los átomos de selenio están unidos covalentemente, mientras que las macromoléculas están unidas por enlaces moleculares. Incluso el selenio fundido o disuelto no se descompone en átomos individuales.

El selenio rojo o amorfo es también un polímero de cadena, pero de estructura poco ordenada. En el rango de temperatura de 70-90 ˚С, adquiere propiedades similares a las del caucho, convirtiéndose en un estado altamente elástico, que se asemeja a los polímeros orgánicos.

Carburo de selenio o cristal de roca. Cristal espacial térmica y químicamente estable, suficientemente fuerte. Piezoeléctrico y semiconductor. En condiciones artificiales, se obtuvo haciendo reaccionar arena de cuarzo y carbón en un horno eléctrico a una temperatura de unos 2000 °C.

Otros polímeros de selenio:

• Monoclínicaselenio - más ordenado que el rojo amorfo, pero inferior al gris.
• El dióxido de selenio, o (SiO2)n, es un polímero de red tridimensional.
• El amianto es un polímero de óxido de selenio con una estructura fibrosa.

Polímeros de fósforo

Hay muchas modificaciones del fósforo: blanco, rojo, negro, marrón, morado. Rojo - Estructura cristalina fina NP. Se obtiene calentando fósforo blanco sin aire a una temperatura de 2500 ˚С. El fósforo negro fue obtenido por P. Bridgman bajo las siguientes condiciones: presión 200.000 atmósferas a una temperatura de 200 °C.

Los cloruros de nitruro de fósforo son compuestos de fósforo con nitrógeno y cloro. Las propiedades de estas sustancias cambian al aumentar la masa. Es decir, su solubilidad en sustancias orgánicas disminuye. Cuando el peso molecular del polímero alcanza varios miles de unidades, se forma una sustancia gomosa. Es el único caucho libre de carbono suficientemente resistente al calor. Solo se descompone a temperaturas superiores a 350 °C.

Conclusión

Los polímeros inorgánicos son en su mayoría sustancias con características únicas. Se utilizan en la producción, en la construcción, para el desarrollo de materiales innovadores e incluso revolucionarios. A medida que se estudian las propiedades de las NP conocidas y se crean otras nuevas, se amplía el alcance de su aplicación.