Polymères inorganiques : exemples et applications

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Dans la nature, il existe des polymères organiques, organiques et inorganiques. Les matériaux inorganiques comprennent les matériaux dont la chaîne principale est inorganique et les ramifications latérales ne sont pas des radicaux hydrocarbonés. Les éléments des groupes III-VI du système périodique des éléments chimiques sont les plus susceptibles de former des polymères d'origine inorganique.

Classement

Les polymères organiques et inorganiques sont activement étudiés, leurs nouvelles caractéristiques sont en cours de détermination, de sorte qu'une classification claire de ces matériaux n'a pas encore été développée. Cependant, certains groupes de polymères peuvent être distingués.

Selon la structure:

• linéaire;
• plat;
• branche;
• filets en polymère;
• tridimensionnel et autres.

Selon les atomes du squelette qui composent le polymère:

• type d'homochaîne (-M-)n - consiste en un seul type d'atomes;
• type hétérochaîne(-M-L-)n - se composent de différents types d'atomes.

Selon l'origine:

• naturel;
• artificiel.

Pour classer les substances qui sont des macromolécules à l'état solide comme des polymères inorganiques, elles doivent également avoir une certaine anisotropie de la structure spatiale et des propriétés correspondantes.

Caractéristiques principales

Plus courants sont les polymères à hétérochaînes, dans lesquels une alternance d'atomes électropositifs et électronégatifs se produit, par exemple, B et N, P et N, Si et O. Les polymères inorganiques à hétérochaînes (NP) peuvent utiliser des réactions de polycondensation. La polycondensation des oxoanions est accélérée en milieu acide, tandis que la polycondensation des cations hydratés est accélérée en milieu alcalin. La polycondensation peut être effectuée aussi bien en solution qu'en solide en présence de haute température.

De nombreux polymères inorganiques à hétérochaînes ne peuvent être obtenus que dans des conditions de synthèse à haute température, par exemple directement à partir de substances simples. La formation de carbures, qui sont des corps polymères, se produit lorsque certains oxydes interagissent avec le carbone, ainsi qu'en présence de températures élevées.

Les longues chaînes d'homochaînes (avec degré de polymérisation n>100) forment le carbone et les éléments p du groupe VI: soufre, sélénium, tellure.

Polymères inorganiques: exemples et applications

La spécificité des NP réside dans l'éducationcorps cristallins polymères avec une structure tridimensionnelle régulière de macromolécules. La présence d'un cadre rigide de liaisons chimiques confère à ces composés une dureté significative.

Cette propriété permet d'utiliser des polymères inorganiques comme matériaux abrasifs. L'utilisation de ces matériaux a trouvé l'application la plus large dans l'industrie.

La résistance chimique et thermique exceptionnelle du NP est également une propriété précieuse. Par exemple, les fibres de renforcement à base de polymères organiques sont stables à l'air jusqu'à une température de 150-220 ˚C. Pendant ce temps, la fibre de bore et ses dérivés restent stables jusqu'à une température de 650 ˚С. C'est pourquoi les polymères inorganiques sont prometteurs pour créer de nouveaux matériaux résistants aux produits chimiques et à la chaleur.

La valeur pratique est également celle des NP, qui sont à la fois proches de l'organique par leurs propriétés et conservent leurs propriétés spécifiques. Ceux-ci comprennent les phosphates, les polyphosphazènes, les silicates, les oxydes de soufre polymères avec divers groupes latéraux.

Polymères de carbone

Devoir: "Donnez des exemples de polymères inorganiques", que l'on trouve souvent dans les manuels de chimie. Il est conseillé de le réaliser avec la mention des dérivés NP - carbone les plus remarquables. Après tout, cela inclut des matériaux aux caractéristiques uniques: les diamants, le graphite et la carabine.

Carbine est un polymère linéaire créé artificiellement et peu étudié avec des indicateurs de résistance inégalés qui ne sont pas inférieurs, mais selon un certain nombre d'études etsupérieur au graphène. Cependant, la carabine est une substance mystérieuse. Après tout, tous les scientifiques ne reconnaissent pas son existence en tant que matériau indépendant.

Extérieurement ressemble à une poudre noire métal-cristalline. Il a des propriétés semi-conductrices. La conductivité électrique du carbyne augmente significativement sous l'action de la lumière. Il ne perd pas ces propriétés même à des températures allant jusqu'à 5000 ˚С, ce qui est beaucoup plus élevé que pour d'autres matériaux à cet effet. Le matériel a été reçu dans les années 60 par V. V. Korshak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin et Yu. P. Kudryavtsev par oxydation catalytique de l'acétylène. Le plus difficile était de déterminer le type de liaisons entre les atomes de carbone. Par la suite, une substance ne comportant que des doubles liaisons entre les atomes de carbone a été obtenue à l'Institut des composés organoéléments de l'Académie des sciences de l'URSS. Le nouveau composé a été nommé polycumulène.

Graphite - dans ce matériau, l'ordre des polymères ne s'étend que dans le plan. Ses couches ne sont pas reliées par des liaisons chimiques, mais par de faibles interactions intermoléculaires, de sorte qu'il conduit la chaleur et le courant et ne transmet pas la lumière. Le graphite et ses dérivés sont des polymères inorganiques assez courants. Exemples d'utilisation: des crayons à l'industrie nucléaire. En oxydant le graphite, des produits d'oxydation intermédiaires peuvent être obtenus.

Diamond - ses propriétés sont fondamentalement différentes. Le diamant est un polymère spatial (tridimensionnel). Tous les atomes de carbone sont liés par de fortes liaisons covalentes. Parce que ce polymère est extrêmement durable. Le diamant ne conduit pas le courant et la chaleur, a une structure transparente.

Polymères de bore

Si on vous demande quels polymères inorganiques vous connaissez, n'hésitez pas à répondre - polymères de bore (-BR-). Il s'agit d'une classe assez étendue de NP, largement utilisée dans l'industrie et la science.

Carbure de bore - sa formule semble plus correcte comme ceci (B12C3) n. Sa cellule unitaire est rhomboédrique. La charpente est formée de douze atomes de bore liés par covalence. Et au milieu de celui-ci se trouve un groupe linéaire de trois atomes de carbone liés par covalence. Le résultat est une structure très solide.

Borures - leurs cristaux sont formés de la même manière que le carbure décrit ci-dessus. Le plus stable d'entre eux est HfB2, qui ne fond qu'à 3250°C. TaB2 est réputé pour sa résistance chimique la plus élevée - ni les acides ni leurs mélanges n'agissent dessus.

Nitrure de bore - souvent appelé talc blanc pour sa ressemblance. Cette similitude n'est vraiment que superficielle. Structurellement, il est similaire au graphite. Obtenez-le en chauffant du bore ou son oxyde dans une atmosphère d'ammoniac.

Borazon

Elbor, borazone, cyborite, kingsongite, cubonite sont des polymères inorganiques super durs. Exemples d'application: la fabrication de meules, de matériaux abrasifs, le traitement des métaux. Ce sont des substances chimiquement inertes à base de bore. La dureté est plus proche que les autres matériaux des diamants. En particulier, le borazon laisse des rayures sur le diamant, ce dernier laisse également des rayures sur les cristaux de borazon.

Cependant, ces ND présentent plusieurs avantages par rapport aux diamants naturels: ils ont une plus granderésistance à la chaleur (résistant à des températures allant jusqu'à 2000 ° C, le diamant est détruit à des taux de l'ordre de 700 à 800 ° C) et haute résistance aux contraintes mécaniques (ils ne sont pas si fragiles). Borazon a été obtenu à une température de 1350 ° C et une pression de 62 000 atmosphères par Robert Wentorf en 1957. Des matériaux similaires ont été obtenus par des scientifiques de Leningrad en 1963.

Polymères soufrés inorganiques

Homopolymère - cette modification du soufre a une molécule linéaire. La substance n'est pas stable, avec les fluctuations de température, elle se décompose en cycles octaédriques. Il se forme dans le cas d'un refroidissement brusque de la fonte de soufre.

Modification polymère du dioxyde de soufre. Très similaire à l'amiante, a une structure fibreuse.

Polymères de sélénium

Le sélénium gris est un polymère avec des macromolécules linéaires hélicoïdales imbriquées en parallèle. Dans les chaînes, les atomes de sélénium sont liés de manière covalente, tandis que les macromolécules sont liées par des liaisons moléculaires. Même le sélénium fondu ou dissous ne se décompose pas en atomes individuels.

Le sélénium rouge ou amorphe est aussi un polymère à chaîne, mais de structure peu ordonnée. Dans la plage de température de 70 à 90 ˚С, il acquiert des propriétés caoutchouteuses, se transformant en un état hautement élastique, qui ressemble à des polymères organiques.

Le carbure de sélénium, ou cristal de roche. Cristal spatial thermiquement et chimiquement stable, suffisamment solide. Piézoélectrique et semi-conducteur. Dans des conditions artificielles, il a été obtenu en faisant réagir du sable de quartz et du charbon dans un four électrique à une température d'environ 2000°C.

Autres polymères de sélénium:

• Monocliniquesélénium - plus ordonné que le rouge amorphe, mais inférieur au gris.
• Le dioxyde de sélénium, ou (SiO2)n, est un polymère à réseau tridimensionnel.
• L'amiante est un polymère d'oxyde de sélénium à structure fibreuse.

Polymères phosphorés

Il existe de nombreuses modifications du phosphore: blanc, rouge, noir, marron, violet. Rouge - structure cristalline fine NP. Il est obtenu en chauffant du phosphore blanc sans air à une température de 2500 ˚С. Le phosphore noir a été obtenu par P. Bridgman dans les conditions suivantes: pression 200 000 atmosphères à une température de 200 °C.

Les chlorures de phosphoritrure sont des composés de phosphore avec de l'azote et du chlore. Les propriétés de ces substances changent avec l'augmentation de la masse. A savoir, leur solubilité dans les substances organiques diminue. Lorsque le poids moléculaire du polymère atteint plusieurs milliers d'unités, une substance caoutchouteuse se forme. C'est le seul caoutchouc sans carbone suffisamment résistant à la chaleur. Il ne se décompose qu'à des températures supérieures à 350 °C.

Conclusion

Les polymères inorganiques sont pour la plupart des substances aux caractéristiques uniques. Ils sont utilisés en production, en construction, pour le développement de matériaux innovants voire révolutionnaires. Au fur et à mesure que les propriétés des NP connues sont étudiées et que de nouvelles sont créées, la portée de leur application s'élargit.