Polyme vô cơ trong màng. Sự biến đổi đẳng hướng của carbon

Năm 1833, J. Berzelius đặt ra thuật ngữ “chủ nghĩa polyme”, mà ông dùng để đặt tên cho một trong những loại đồng phân. Những chất như vậy (polyme) phải có cùng thành phần nhưng có trọng lượng phân tử khác nhau, chẳng hạn như ethylene và butylene. Kết luận của J. Berzelius không tương ứng với cách hiểu hiện đại về thuật ngữ “polyme”, bởi vì các polyme (tổng hợp) thực sự vẫn chưa được biết đến vào thời điểm đó. Những đề cập đầu tiên về polyme tổng hợp có từ năm 1838 (polyvinylidene clorua) và 1839 (polystyrene).

Hóa học polymer chỉ phát sinh sau khi A. M. Butlerov tạo ra lý thuyết về cấu trúc hóa học của các hợp chất hữu cơ và được phát triển hơn nữa nhờ tìm kiếm chuyên sâu các phương pháp tổng hợp cao su (G. Bushard, W. Tilden, K. Harries, I. L. Kondkov, S. V. Lebedev) . Từ đầu những năm 20 của thế kỷ 20, những ý tưởng lý thuyết về cấu trúc của polyme bắt đầu phát triển.

SỰ ĐỊNH NGHĨA

Polyme- các hợp chất hóa học có trọng lượng phân tử cao (từ vài nghìn đến nhiều triệu), các phân tử của chúng (đại phân tử) bao gồm một số lượng lớn các nhóm lặp lại (đơn vị monome).

Phân loại polyme

Việc phân loại polyme dựa trên ba đặc điểm: nguồn gốc, bản chất hóa học và sự khác biệt trong chuỗi chính.

Theo quan điểm nguồn gốc, tất cả các polyme được chia thành tự nhiên (tự nhiên), bao gồm axit nucleic, protein, cellulose, cao su tự nhiên, hổ phách; tổng hợp (thu được trong phòng thí nghiệm bằng cách tổng hợp và không có chất tương tự tự nhiên), bao gồm polyurethane, polyvinylidene fluoride, nhựa phenol-formaldehyde, v.v.; nhân tạo (thu được trong phòng thí nghiệm bằng cách tổng hợp, nhưng dựa trên các polyme tự nhiên) - nitrocellulose, v.v.

Dựa trên bản chất hóa học của chúng, các polyme được chia thành các polyme hữu cơ (dựa trên monome - một chất hữu cơ - tất cả các polyme tổng hợp), vô cơ (dựa trên Si, Ge, S và các nguyên tố vô cơ khác - polysilanes, axit polysilicic) và các nguyên tố hữu cơ (a hỗn hợp polyme hữu cơ và vô cơ – polysoxanes) của thiên nhiên.

Có polyme homochain và dị chuỗi. Trong trường hợp đầu tiên, chuỗi chính bao gồm các nguyên tử carbon hoặc silicon (polysilanes, polystyrene), trong trường hợp thứ hai - bộ xương gồm nhiều nguyên tử khác nhau (polyamit, protein).

Tính chất vật lý của polyme

Polyme được đặc trưng bởi hai trạng thái kết tụ - tinh thể và vô định hình - và các tính chất đặc biệt - tính đàn hồi (biến dạng thuận nghịch dưới tải trọng nhỏ - cao su), độ dễ vỡ thấp (nhựa), định hướng dưới tác dụng của trường cơ học định hướng, độ nhớt cao và độ hòa tan của polyme xảy ra thông qua sự trương nở của nó.

Chuẩn bị polyme

Phản ứng trùng hợp là các phản ứng dây chuyền thể hiện sự bổ sung tuần tự các phân tử của các hợp chất chưa bão hòa với nhau để tạo thành sản phẩm có trọng lượng phân tử cao - polyme (Hình 1).

Cơm. 1. Đề án tổng thể sản xuất polyme

Ví dụ, polyetylen được sản xuất bằng cách trùng hợp ethylene. Trọng lượng phân tử của phân tử đạt tới 1 triệu.

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

Tính chất hóa học của polyme

Trước hết, polyme sẽ được đặc trưng bởi các phản ứng đặc trưng của nhóm chức có trong polyme. Ví dụ, nếu polyme chứa nhóm hydroxo đặc trưng của loại rượu thì polyme sẽ tham gia vào các phản ứng giống như rượu.

Thứ hai, tương tác với các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, tương tác giữa các polyme với nhau tạo thành mạng lưới hoặc các polyme phân nhánh, phản ứng giữa các nhóm chức là một phần của cùng một polyme, cũng như sự phân hủy polyme thành các đơn phân (sự phá hủy cấu trúc polyme). xích).

Ứng dụng của polyme

Việc sản xuất polyme đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người - công nghiệp hóa chất (sản xuất nhựa), chế tạo máy và máy bay, doanh nghiệp lọc dầu, y học và dược phẩm, nông nghiệp (sản xuất thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc trừ sâu), công nghiệp xây dựng ( cách âm, cách nhiệt), sản xuất đồ chơi, cửa sổ, ống nước, đồ gia dụng.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

VÍ DỤ 1

Bài tập	Polystyrene hòa tan cao trong các dung môi hữu cơ không phân cực: benzen, toluene, xylene, carbon tetrachloride. Tính phần khối lượng (%) của polystyren trong dung dịch thu được khi hòa tan 25 g polystyren trong benzen nặng 85 g. (22,73%).
Giải pháp	Chúng ta viết công thức tìm phần khối lượng: Tìm khối lượng dung dịch benzen: dung dịch m (C 6 H 6) = m (C 6 H 6)/(/100%)

Polyme vô cơ

Mối quan tâm thực tế là các polyme vô cơ tuyến tính, hầu hết độ tương tự như độ hữu cơ - chúng có thể tồn tại ở cùng trạng thái pha, tổng hợp hoặc thư giãn và tạo thành các siêu mol tương tự. cấu trúc, vv Các polyme vô cơ như vậy có thể là cao su chịu nhiệt, thủy tinh, polyme tạo sợi, v.v. và cũng thể hiện một số tính chất không còn vốn có ở các polyme hữu cơ. polyme. Chúng bao gồm polyphosphazenes, oxit lưu huỳnh polyme (với các nhóm bên khác nhau), phốt phát và silicat.

Quá trình xử lý các polyme vô cơ thành thủy tinh, sợi, gốm thủy tinh, v.v. đòi hỏi phải nấu chảy và điều này thường đi kèm với quá trình khử polyme thuận nghịch. Do đó, các chất phụ gia biến tính thường được sử dụng để ổn định các cấu trúc phân nhánh vừa phải trong tan chảy.

Silicon

Bạn đã từng thấy các polyme vô cơ trước đây; Nếu không có trên những trang này, thì ít nhất trong cuộc sống hàng ngày, bạn có thể đã nhìn thấy silicone polymer ở ​​đâu đó. Silicones là một trong những polyme vô cơ được tìm thấy phổ biến nhất. Chúng trông như thế này:

Trên thực tế, chúng nên được gọi là polysiloxan. Liên kết giữa các nguyên tử silicon và oxy rất bền nhưng rất linh hoạt. Vì vậy, silicon có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị phân hủy nhưng lại có nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh rất thấp. Bạn có thể đã từng gặp cao su hoặc bột bả làm từ silicon ở đâu đó trước đây.

Polysilan

Phải mất rất nhiều thời gian để điều này xảy ra nhưng các nguyên tử silicon vẫn được sắp xếp thành chuỗi polymer dài. Vào khoảng những năm 20 hoặc 30 của thế kỷ XX, các nhà hóa học bắt đầu nhận ra rằng các polyme hữu cơ được tạo thành từ các chuỗi carbon dài, nhưng phải đến cuối những năm 70, nghiên cứu nghiêm túc về polysilane mới được thực hiện.

Trước đó, vào năm 1949, cùng thời điểm nhà văn Kurt Vonnegut đang làm việc tại bộ phận quan hệ công chúng của General Electric, C. A. Burkhard cũng đang làm việc tại bộ phận nghiên cứu và phát triển của cùng một công ty. Ông đã phát minh ra một loại polysilane gọi là polydimethylsilane, nhưng chất này không có tác dụng. Nó trông như thế này:

Nó tạo thành những tinh thể mạnh đến mức không gì có thể hòa tan được chúng. Burckhard cố gắng làm nóng chúng nhưng chúng không tan chảy ở nhiệt độ dưới 250 o C. Ở nhiệt độ cao hơn chúng phân hủy mà không tan chảy. Điều này làm cho polydimethylsilane trở nên vô dụng. Chất này thu được bằng cách cho kim loại natri phản ứng với dichlorodimethylsilane như sau:

Điều này rất quan trọng vì vào những năm 1970, một số nhà khoa học bắt đầu hiểu cách tạo ra các phân tử nhỏ từ nguyên tử silicon. Vì vậy, không ngờ tới, họ đã làm một việc rất giống với những gì Burckhard đã làm trước đây. Họ buộc kim loại natri phản ứng với dichlorodimethylsilane, nhưng họ cũng thêm một số dichloromethylphenylsilane vào hỗn hợp. Và đoán xem chuyện gì đã xảy ra? Tôi sẽ cho bạn một gợi ý: họ đã không có được cấu trúc mà họ cần. Những gì họ nghĩ ra là một chất đồng trùng hợp như thế này:

Có lẽ nó sẽ trở nên rõ ràng hơn nếu bạn vẽ chất đồng trùng hợp này như thế này:

Bạn thấy đấy, các nhóm phenyl này cản trở khi polyme cố gắng kết tinh, vì vậy nó ít kết tinh hơn polydimethylsilane. Điều này có nghĩa là nó có thể hòa tan và có thể được xử lý, biến đổi và nghiên cứu.

Chà, những chất này có ích lợi gì? Polysilanes rất thú vị vì chúng có thể dẫn điện. Đúng là không tốt bằng đồng nhưng tốt hơn nhiều so với những gì bạn mong đợi từ một loại polyme và nó đáng để nghiên cứu. Chúng cũng có khả năng chịu nhiệt khá tốt và có thể đun nóng đến gần 300 oC. Nhưng nếu bạn nung chúng ở nhiệt độ cao hơn nhiều, bạn có thể tạo ra cacbua silic từ chúng, một vật liệu mài mòn hữu ích.

Germani và polyme thiếc

Chà, nếu silicon có thể tạo thành chuỗi polymer dài, vậy còn các nguyên tố hóa học khác thuộc nhóm thứ tư của bảng tuần hoàn thì sao? Có thể tạo ra polyme từ gecmani không? Bạn có thể tin tôi, chúng tồn tại! Bạn có thể tạo ra chuỗi polyme không chỉ từ germanium mà thậm chí từ các nguyên tử thiếc! Các polyme như vậy được gọi lần lượt là các polyme chứa gecmani và chứa thiếc.

Các polyme thiếc là độc nhất, thú vị, đáng chú ý, đơn giản là phi thường, bởi vì chúng là các polyme duy nhất được biết đến có bộ khung được làm hoàn toàn từ các nguyên tử kim loại. Giống như polysilane, polyme của germani và thiếc (polygermanes và polystanylenes) đang được nghiên cứu để sử dụng làm chất dẫn điện.

Polyphosphazenes

Tôi rất tiếc phải thông báo với bạn về điều này, nhưng chúng tôi đã hết các nguyên tố thuộc nhóm thứ tư của bảng tuần hoàn. Vì vậy, polyme vô cơ cuối cùng mà chúng ta xem xét hôm nay phải được làm từ một thứ khác. Và thứ này là phốt pho và nitơ. Giống như polysiloxan, polyphosphazenes được tạo thành từ các nguyên tử xen kẽ nhau. Trong trường hợp này, trong chuỗi chính, chúng tôi xen kẽ các nguyên tử phốt pho và silicon, như thế này:

Xương sống này rất linh hoạt, giống như xương sống của polysiloxan, đó là lý do tại sao polyphosphazenes là chất đàn hồi tốt. Chúng cũng là chất cách điện rất tốt.

Polyphosphazenes được sản xuất theo hai giai đoạn:

Đầu tiên chúng tôi lấy phốt pho pentaclorua và xử lý nó bằng amoni clorua để tạo ra polyme clo hóa. Sau đó, chúng tôi xử lý nó bằng muối rượu natri, muối này tạo ra polyphosphazene được thay thế bằng este.

Ngày nay có rất nhiều loại polyme vô cơ. Hầu hết chúng là các hợp chất tự nhiên, nhưng công nghệ hiện đại có thể thu được các polyme vô cơ một cách nhân tạo. Theo quy định, việc sản xuất chúng đòi hỏi áp suất và nhiệt độ cao, trong khi cơ sở là một chất nguyên chất và các phương pháp vẫn giống như sản xuất polyme hữu cơ (ví dụ: trùng hợp). Các đặc tính đặc trưng của polyme vô cơ là khả năng chống chịu ảnh hưởng hóa học và ổn định nhiệt. Ngoài ra, nhiều polyme trong số này cứng nhưng giòn. Lời giải thích cho điều này là do cấu trúc tinh thể không gian hoặc sự hiện diện quá mức của các ion trong liên kết hóa học. Trong số các vật liệu polymer vô cơ nổi tiếng nhất là than chì, thủy tinh khoáng, gốm sứ, kim cương, amiăng, thạch anh và mica.

Các nguyên tố trong bảng hóa học có thể tạo thành các chuỗi polymer khác nhau. Ví dụ, lưu huỳnh, selen và Tellurium tạo thành các chuỗi tuyến tính, theo sự cộng hóa trị của các nguyên tử, sẽ gấp thành hình xoắn ốc. Các nguyên tố hóa học thuộc phân nhóm chính của nhóm III – V có thể tạo thành cả chuỗi tuyến tính và cấu trúc phẳng hoặc không gian của các polyme vô cơ. Cơ sở của chuỗi polymer thường bao gồm các oxit silicon, nhôm và một số kim loại khác. Chúng tạo thành nhóm vật liệu polyme vô cơ rộng nhất - silicat và aluminosilicates. Ngoài ra, chúng là một phần thiết yếu của vỏ trái đất. Cấu trúc của chuỗi phân tử silicat có thể là chuỗi, bậc thang, lớp và ba chiều. Mỗi cấu trúc này mang lại cho vật liệu vô cơ một số tính chất nhất định chỉ đặc trưng cho chúng. Ví dụ, cấu trúc bậc thang bao gồm hai chuỗi phân tử song song được nối với nhau bởi các nguyên tử oxy. Chính những liên kết này mang lại sự hiện diện của các đặc tính mới giúp có thể phân loại vật liệu thu được là dạng sợi (amiăng). Một đặc điểm khác đặc trưng cho polyme vô cơ là cấu trúc phân lớp của chúng. Khoảng cách lớn giữa các lớp cung cấp các chất tương ứng (talc, mica) dễ dàng phân tách. Nếu chuỗi chứa các kim loại có thể tương tác với nước thì quá trình này sẽ làm tăng khoảng cách hiện có giữa các lớp. Điều này có thể làm cho vật liệu vô cơ phồng lên. Silicat có cấu trúc ba chiều được đặc trưng bởi khả năng chống nước, độ cứng và độ cứng tốt. Theo quy định, các loại thạch anh đáp ứng các đặc điểm sau: topaz, jasper, mã não, đá pha lê và các loại khác.

Thủy tinh vô cơ và gốm sứ kỹ thuật

Thủy tinh vô cơ Gốm thủy tinh. Các yếu tố công nghệ và ứng dụng của gốm kết cấu.

Thành phần hóa học của thủy tinh và tính chất của chúng.

Trong khoa học vật liệu hiện đại, nhiều chất vô cơ khác nhau đang bắt đầu chiếm một vị trí ngày càng nổi bật. Nhiều loại trong số chúng được sử dụng ở dạng tinh thể: thạch anh (SiO2), corundum (a-AI2O3) và các tinh thể màu của oxit này - sapphire, ruby, v.v., cũng như rutile (TiO2), nitrit, sunfua, v.v. Tuy nhiên, ở quy mô lớn hơn nhiều, những chất vô cơ tương tự này được sử dụng ở trạng thái hóa hơi dưới dạng thủy tinh.

Loại thủy tinh phổ biến nhất dựa trên silicon dioxide là thủy tinh silicat. Thủy tinh nhôm-silicat và boron-silicat cũng được sử dụng rộng rãi.

Thủy tinh vô cơ là một vật liệu đẳng hướng vĩ mô, vô định hình, phức tạp về mặt hóa học với các tính chất cơ học của chất rắn giòn. Thủy tinh thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của các hợp chất vô cơ (chủ yếu là oxit). Tính chất của chúng giống nhau theo mọi hướng, tức là chúng đẳng hướng. Khi đun nóng, chúng không tan chảy ở nhiệt độ không đổi, giống như tinh thể, mà mềm dần trong một phạm vi nhiệt độ đáng kể, chuyển sang trạng thái lỏng. Sự nóng chảy của chúng khi nhiệt độ tăng và sự cứng lại khi nhiệt độ giảm xảy ra thuận nghịch. Cấu trúc là giải pháp vững chắc.

Trong số các nguyên nhân gây ra trạng thái vô định hình của thủy tinh vô cơ, có thể phân biệt hai nguyên nhân.

Nguyên nhân thứ nhất là ở vùng đông đặc thủy tinh nóng chảy có độ nhớt rất cao (Bảng 6.3).

Bảng 6.3 - Độ nhớt của một số chất tại điểm nóng chảy

Chất		h ×10, N·s/m2

Nguyên nhân thứ hai xuất phát từ đặc điểm của liên kết cộng hóa trị quyết định sự tương tác giữa các nguyên tử trong oxit. Liên kết cộng hóa trị có hai tính chất quan trọng: độ bền và tính định hướng. Theo độ bão hòa của liên kết hóa học, mỗi nguyên tử thủy tinh trong không gian, theo hóa trị của nó, có một số lượng “đối tác tương tác” được xác định chặt chẽ. Ví dụ, silicon có hóa trị 4. Và nguyên tử của nó phải có trong môi trường trực tiếp bốn nguyên tử oxy (trong thủy tinh thạch anh) mà nó được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị có cực. Hơn nữa, những kết nối này có thể được hình thành không phải một cách tùy tiện mà ở một góc nhất định với nhau (nguyên tắc định hướng). Tất cả điều này làm cho việc hình thành một cấu trúc tinh thể đều đặn trở nên rất khó khăn. Trong môi trường có độ nhớt cao, chỉ có trật tự sắp xếp ngắn của các nguyên tử mới có thể hình thành trong cấu trúc thủy tinh khi nguội đi.

Thành phần hóa học của thủy tinh và tính chất của chúng

Hầu hết các loại kính được sử dụng trong công nghệ đều bao gồm một số thành phần. Theo mục đích chức năng của chúng, tất cả các thành phần kính có thể được chia thành ba nhóm: máy tạo kính, bộ điều chỉnh và bộ bù.

Chất tạo hình thủy tinh là thành phần chính của thủy tinh. Chất tạo hình thủy tinh là các polyme vô cơ có cấu trúc mạng. Vì vậy, kính có một số đặc điểm về cấu trúc polyme và các tính chất vật lý tương ứng đặc trưng của vật liệu polyme.

Thông thường, SiO2 (thủy tinh silicat), Al2O3 và SiO2 (aluminosilicate), B2O3 và SiO2 (borosilicate), B2O3, Al2O3 và SiO2 (boroaluminosilicate) được sử dụng làm chất tạo thủy tinh.

Các chất biến tính được đưa vào kính để mang lại cho kính những đặc tính mong muốn: đơn giản hóa công nghệ, giảm giá thành vật liệu, v.v.

Ví dụ, khi oxit của kim loại kiềm và kiềm thổ được đưa vào thạch anh, nhiệt độ làm mềm của thủy tinh giảm và công nghệ được đơn giản hóa. Các chất phụ gia oxit crom, sắt, coban, v.v. mang lại màu sắc mong muốn cho thủy tinh. Oxit của kim loại nặng, chẳng hạn như chì, làm tăng chỉ số khúc xạ.

Thông thường việc đưa vào một số chất phụ gia sẽ cải thiện một số tính chất và làm xấu đi các đặc tính khác của vật liệu. Sau đó, các chất phụ gia được đưa vào - chất bù đắp, mục đích của nó là ngăn chặn những biểu hiện tiêu cực của các chất bổ trợ chính.

Một trong những tính chất quan trọng của thủy tinh là khả năng chịu nhiệt. Đối với hầu hết các loại kính, khả năng chịu nhiệt dao động từ 90 đến 200°C, còn đối với thủy tinh thạch anh, loại mạnh nhất, chịu nhiệt và không giãn nở, nó đạt tới 800-1000°C.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ bền thủy tinh tối thiểu là 200°C. Nhiệt độ hoạt động tối đa thường không vượt quá 400-500°C, gần tương ứng với nhiệt độ chuyển thủy tinh. Thủy tinh thạch anh cho phép sử dụng lâu dài ở nhiệt độ 1100-1200°C (cường độ tăng 50%) và sử dụng ngắn hạn khi đun nóng đến 1400-1500°C.

Việc tăng cường nhiệt (làm cứng) kính được thực hiện bằng cách làm nguội nhanh và đồng đều kính được nung nóng trên nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh trong dòng không khí hoặc trong dầu. Tăng cường kính bằng cách ủ có liên quan đến sự xuất hiện của các ứng suất phân bố khá đồng đều trong kính, gây ra ứng suất nén ở các lớp kính bên ngoài và ứng suất kéo ở các lớp bên trong. Độ bền nén của kính lớn hơn độ bền kéo khoảng 10-15 lần.

Tăng cường nhiệt hóa dựa trên việc tôi luyện kính, ngoài ra, còn thay đổi cấu trúc và tính chất của lớp bề mặt của nó. Việc tăng cường này được thực hiện bằng cách làm lạnh nhanh thủy tinh được nung nóng trên nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh trong chất lỏng organosilicon polymer được nung nóng. Việc tăng cường thêm được giải thích bằng sự hình thành màng polymer trên bề mặt kính.

Phân loại thủy tinh vô cơ, tính chất, ứng dụng của chúng

Một trong những loại kính chất lượng cao phổ biến nhất được sử dụng trong cấu trúc máy bay là thủy tinh có độ kiềm thấp aluminoborosilicate.

Theo mục đích, kính kỹ thuật được chia thành quang học, phòng thí nghiệm, điện, giao thông, dụng cụ, bảo vệ, cách nhiệt và cách âm, chiếu sáng, sợi thủy tinh, v.v. Mật độ của kính vô cơ dao động từ 2200 kg/m3 đối với kính silicat kiềm nhẹ (chiết suất n = 1,44) đến 5200...8000 kg/m3 đối với nặng, chứa tới 65% oxit chì, bari, bismuth (n=1,9); Độ trong mờ của kính không sơn lên tới 92% ở phần quang phổ nhìn thấy được.

Khả năng kháng hóa chất và thủy phân của thủy tinh trong môi trường axit (trừ axit photphoric H2PO3 và axit hydrofluoric HF hòa tan hoàn toàn thủy tinh) là khá cao. Trong môi trường kiềm, điện trở giảm. Thủy tinh silicat chứa 20-30% Na2O hoặc LiO hòa tan trong nước nóng và tạo thành “thủy tinh lỏng”.

Nhược điểm của kính cường lực là dễ bị va đập ở các cạnh (ở rìa) và ở các góc. Khi vỡ, kính cường lực sẽ bị bao phủ bởi một mạng lưới vết nứt dày đặc, khiến tầm nhìn rất khó khăn.

Nếu hai tấm kính được dán lại với nhau bằng một màng polymer trong suốt, dẻo và đàn hồi thì sẽ thu được cái gọi là triplex. Khi bị phá hủy, các mảnh vỡ thu được sẽ được giữ trên màng polymer mà chúng được gắn vào và không tràn ra ngoài.

Sitalls, tính chất, ứng dụng của họ

Vật liệu kết cấu mới có những đặc tính nổi bật - gốm thủy tinh (thuật ngữ bắt nguồn từ các từ thủy tinh và pha lê), thu được bằng cách kết tinh thủy tinh vô cơ dựa trên một số oxit nhất định.

Sitalls là kính kết tinh một phần. Chúng thu được bằng cách kết tinh thủy tinh có kiểm soát ở nhiệt độ cao. Trong quá trình này, các vi vùng có cấu trúc tinh thể có kích thước lên tới 1 micron được hình thành trong thể tích của vật liệu. Nồng độ của các khu vực như vậy trong gốm thủy tinh có thể vượt quá 50% theo thể tích.

Về thành phần hóa học, gốm thủy tinh khác với thủy tinh ở chỗ chất xúc tác kết tinh (hạt) được thêm vào chúng. Các vi hạt vàng, bạc, bạch kim, đồng (một phần trăm phần trăm) hoặc oxit titan, zirconi, kẽm, crom, vanadi, v.v. được sử dụng làm chất xúc tác kết tinh.

Về cấu trúc, gốm thủy tinh chiếm vị trí trung gian giữa thủy tinh thông thường và gốm sứ. Về mặt này, gốm thủy tinh đôi khi được gọi là gốm thủy tinh. Sitall là hệ thống đa thành phần, không đồng nhất, nhiều pha có tính chất rất cao: độ bền cơ học cao, độ cứng, độ ổn định hóa học và nhiệt, độ giãn nở nhiệt thấp và các đặc tính hữu ích khác. Ví dụ, gốm thủy tinh hay còn gọi là pyroceram bền hơn kính nhiều lớp, thép có hàm lượng cacbon cao, nhẹ hơn nhôm và xét về hệ số giãn nở nhiệt và khả năng chịu nhiệt thì không khác gì thạch anh.

Khi biến thủy tinh thành gốm thủy tinh, trước tiên thủy tinh sẽ trải qua công đoạn nấu (nhiệt độ Tm), sau đó thủy tinh được tạo thành sản phẩm và được làm nguội đến nhiệt độ Tn - nhiệt độ hình thành các tâm kết tinh. Thủy tinh được giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 1 giờ. Kết quả là các tinh thể nhỏ được hình thành trong thể tích của vật liệu và có thể tăng nhiệt độ lên Tg. Ở nhiệt độ Tg, sự phát triển tinh thể xảy ra và vật liệu mất đi độ trong suốt. Thời gian tiếp xúc của sản phẩm thủy tinh ở Tg là 4 - 6 giờ.

Hợp kim vi tinh thể thu được từ thủy tinh

Các hợp kim tinh thể có độ bền cao từ thủy tinh kim loại được sản xuất theo cách tương tự như quá trình hình thành gốm sứ. Đây là những hợp kim dựa trên Fe, Ni, Cr, Mo, Co, W ở dạng kết hợp khác nhau với các kim loại (chủ yếu là boron), hàm lượng không vượt quá 12% và dễ gãy ở trạng thái vô định hình. Các dải hợp kim vô định hình được tạo ra bằng phương pháp phun nóng chảy có thể dễ dàng chuyển thành bột, sau đó được ép nóng hoặc ép đẳng áp bằng khí và đồng thời kết tinh để tạo thành cấu trúc vi tinh thể được ổn định bởi các hạt boron nhỏ. Nếu hợp kim có chứa cacbon, có thể tiến hành xử lý nhiệt tăng cường. Những hợp kim như vậy rất cứng và chống mài mòn và có thể được sử dụng làm thép tốc độ cao.

Gốm kỹ thuật

Gốm sứ là một vật liệu đa thành phần, không đồng nhất thu được bằng cách nung kết các hạt khoáng có độ phân tán cao (đất sét, oxit, cacbua, nitrua, v.v.). Nếu đồ gốm có chứa kim loại thì loại gốm này được gọi là gốm kim loại.

Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm gốm sứ bao gồm nhiều công đoạn. Các hoạt động công nghệ chính trong sản xuất vật liệu gốm sứ như sau: chuẩn bị các thành phần ban đầu ở dạng bột, trộn các thành phần, đúc sản phẩm, nung phôi, các hoạt động cuối cùng (gia công, kim loại hóa, v.v.).

Cấu trúc gốm sứ

Nhiều loại cấu trúc của vật liệu gốm có thể được chia thành hai nhóm: đẳng hướng vĩ mô và dị hướng.

Vật liệu đẳng hướng vĩ mô. Ở cấp độ nguyên tử hoặc phân tử, đây là những vật liệu dị hướng, nhưng kích thước của các dạng siêu phân tử, hạt nhỏ so với kích thước của sản phẩm gốm sứ. Bốn loại vật liệu đẳng hướng vĩ mô có thể được xác định.

1. Gốm vi tinh thể. Ví dụ về loại gốm này là nhiều loại sứ khác nhau. Sitall có cấu trúc tương tự. Trong bộ lễ phục. 6.3 và các dấu chấm biểu thị các vùng vi tinh thể được bao quanh bởi môi trường vô định hình. Hàm lượng của các pha tinh thể và vô định hình trong vật liệu có thể khác nhau và vị trí của các pha này trong thể tích của vật liệu cũng khác nhau. Vật liệu nói chung là đẳng hướng. Những vật liệu này có mật độ cao và giòn.

MỘT

V.

Các loại gốm sứ:

a - vi tinh thể, b - dạng hạt, c - xốp (TiC), d - gia cố (gốm HTSC thuộc hệ Y-Ba-Cu-O).

2. Cấu trúc dạng hạt . Loại cấu trúc này là điển hình nhất cho vật liệu gốm. Các hạt trong cấu trúc của gốm sứ có thể khác nhau về kích thước, hình dạng và tính chất. Sự phân bố các hạt có tính chất khác nhau trong thể tích của vật liệu và cường độ bám dính của các hạt trong vật liệu cũng khác nhau. Tất cả những yếu tố này ảnh hưởng đến tính chất của gốm sứ theo những cách phức tạp. Trong thực tế, trong một khuôn khổ hạn chế, các phương trình thực nghiệm có dạng được sử dụng:

,

s là sức mạnh; hằng số gần bằng cường độ của một tinh thể cũng vậy; k - hằng số; d - kích thước hạt.

3. Cấu trúc xốp . Nói chung, nhiều đồ gốm có độ xốp. Tuy nhiên, đôi khi các lỗ chân lông được tạo ra có mục đích: để giảm trọng lượng của sản phẩm gốm sứ, làm cho nó thấm khí hoặc chất lỏng, v.v.

Thông thường, độ bền của gốm xốp thấp hơn so với gốm dạng hạt. Hình dạng của lỗ chân lông cũng ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu. Nó cũng có thể làm gián đoạn sự phát triển của vết nứt khi bị phá hủy và phân phối tải trọng khắp thể tích của vật liệu.

4. Kết cấu gia cố. Loại gốm này chứa các hạt thon dài có độ bền cao. Trong phần lớn vật liệu, những hạt này không được định hướng theo bất kỳ hướng cụ thể nào. Do đó, trong thể tích vĩ mô, vật liệu hoạt động như đẳng hướng. Độ bền của gốm như vậy do được gia cố có thể rất cao.

Gốm sứ dị hướng. Trong những vật liệu này, các yếu tố cấu trúc được định hướng có chủ ý theo hướng mong muốn. Gốm dị hướng bao gồm gốm nhiều lớp, gốm sợi hoặc gốm có cấu trúc định hướng.

Các yếu tố của công nghệ vật liệu gốm sứ

1 – Lấy bột. Có các phương pháp cơ học và hóa lý để sản xuất bột. Việc đầu tiên trong số chúng có liên quan đến việc nghiền nát vật liệu. Thứ hai liên quan đến các quá trình kết tụ các sản phẩm tổng hợp hóa học. Bột có kích thước hạt micron thường được sử dụng. Nếu cần phải đóng gói dày đặc các hạt trong vật liệu thì sử dụng hỗn hợp các hạt có kích thước khác nhau - bột polydisperse.

2 - Trộn linh kiện và sản phẩm đúc.

3 – Quá trình thiêu kết các hạt xảy ra khi sản phẩm đúc được nung ở nhiệt độ cao (thường từ 900 đến 2000°C). Trong quá trình thiêu kết, xảy ra các quá trình như khử nước các thành phần, phá hủy tạp chất công nghệ hữu cơ (polyme, chất hoạt động bề mặt), phân ly các hợp chất vô cơ không ổn định, quá trình oxy hóa và khử, nóng chảy một số thành phần, biến đổi đa hình, v.v. Kết quả là, sau khi làm mát, chất tan chảy thủy tinh, có lẽ được kết tinh một phần, liên kết các hạt của vật liệu chịu lửa tốt hơn, tạo thành một khối nguyên khối bền.

Trong quá trình thiêu kết, các hạt kết lại và độ xốp của vật liệu giảm xuống mật độ lý thuyết. Khi nhiệt độ tăng lên, các lỗ rỗng thay đổi hình dạng, trở thành hình cầu và giảm kích thước. Trong thực tế, gốm sứ vẫn giữ được một số độ xốp còn sót lại.

Mức độ và tốc độ thiêu kết phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, thời gian xử lý, độ phân tán hạt, hệ số khuếch tán, độ nhớt, v.v. Sự tan chảy (chất lỏng) của thành phần dễ nóng chảy nhất có ảnh hưởng rất mạnh đến sự phát triển của quá trình thiêu kết và cấu trúc của gốm.

Ứng dụng của gốm kết cấu

Các lĩnh vực ứng dụng chính của vật liệu gốm bao gồm dụng cụ cắt, bộ phận động cơ đốt trong, động cơ tua bin khí, v.v.

Lưỡi cắt được đặc trưng bởi độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và độ trơ hóa học. Xét về tính chất phức tạp, dụng cụ cắt gốm vượt trội so với các vật liệu cắt truyền thống như thép tốc độ cao (HSS), hợp kim cứng (HC)

			Gốm sứ Al2O3
Điểm làm mềm
Nhiệt độ bắt đầu sự hình thành giai cấp

Polyme vô cơ

• Polyme vô cơ- polyme không chứa liên kết C-C trong đơn vị lặp lại nhưng có khả năng chứa gốc hữu cơ làm nhóm thế bên.

Phân loại polyme

1. Polyme đồng chuỗi

Carbon và chalcogens (biến đổi nhựa của lưu huỳnh).

Amiăng sợi khoáng

Đặc điểm của amiăng

• Amiăng(tiếng Hy Lạp ἄσβεστος, - không thể phá hủy) là tên gọi chung của một nhóm khoáng chất sợi mịn thuộc nhóm silicat. Bao gồm các sợi linh hoạt tốt nhất.

• Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - công thức

• Hai loại amiăng chính là amiăng ngoằn ngoèo (amiăng chrysotile, hoặc amiăng trắng) và amiăng amphibole.

Thành phần hóa học

• Về thành phần hóa học, amiăng là dung dịch silicat chứa magie, sắt và một phần canxi và natri. Các chất sau đây thuộc nhóm amiang chrysotile:

• Mg6(OH)8

• 2Na2O*6(Fe,Mg)O*2Fe2O3*17SiO2*3H2O

Sự an toàn

• Amiăng thực tế là trơ và không hòa tan trong dịch cơ thể, nhưng có tác dụng gây ung thư rõ rệt. Những người tham gia khai thác và chế biến amiăng có nguy cơ phát triển khối u cao gấp nhiều lần so với dân số nói chung. Thông thường nó gây ra ung thư phổi, khối u phúc mạc, dạ dày và tử cung.

• Dựa trên kết quả nghiên cứu khoa học sâu rộng về chất gây ung thư, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế đã xếp amiăng vào loại một trong những chất gây ung thư nguy hiểm nhất ở loại thứ nhất.

Ứng dụng của amiăng

• Sản xuất vải chống cháy (bao gồm cả may trang phục cho lính cứu hỏa).

• Trong xây dựng (là một phần của hỗn hợp amiăng-xi măng để sản xuất ống và đá phiến).

• Ở những nơi cần giảm tác dụng của axit.

Vai trò của polyme vô cơ trong sự hình thành thạch quyển

Thạch quyển

• Thạch quyển- lớp vỏ cứng của Trái đất. Nó bao gồm lớp vỏ trái đất và phần trên của lớp phủ, cho đến tầng quyển mềm.

Thạch quyển bên dưới đại dương và lục địa thay đổi đáng kể. Thạch quyển bên dưới các lục địa bao gồm các lớp trầm tích, đá granit và bazan với tổng chiều dày lên tới 80 km. Thạch quyển dưới các đại dương đã trải qua nhiều giai đoạn tan chảy một phần do sự hình thành của lớp vỏ đại dương, nó bị cạn kiệt rất nhiều các nguyên tố quý hiếm dễ nóng chảy, chủ yếu bao gồm dunit và harzburgit, độ dày của nó là 5-10 km và đá granit. lớp hoàn toàn vắng mặt.

Thành phần hóa học

Thành phần chính của vỏ Trái đất và đất bề mặt Mặt trăng là các oxit Si và Al và các dẫn xuất của chúng. Kết luận này có thể được đưa ra dựa trên những ý tưởng hiện có về sự phổ biến của đá bazan. Chất chính của vỏ trái đất là magma - một dạng đá lỏng chứa cùng với các khoáng chất nóng chảy một lượng khí đáng kể. Khi magma chạm tới bề mặt, nó tạo thành dung nham, đông cứng lại thành đá bazan. Thành phần hóa học chính của dung nham là silica, hay silicon dioxide, SiO2. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, các nguyên tử silicon có thể dễ dàng được thay thế bằng các nguyên tử khác, chẳng hạn như nhôm, tạo thành nhiều loại aluminosilicat khác nhau. Nhìn chung, thạch quyển là một ma trận silicat bao gồm các chất khác được hình thành do các quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong quá khứ dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Cả nền silicat và các thể vùi trong nó đều chứa chủ yếu các chất ở dạng polyme, nghĩa là các polyme vô cơ dị vòng.

đá granit

• Đá granit -đá magma xâm nhập silic. Nó bao gồm thạch anh, plagiocla, fenspat kali và mica - biotit và muscovit. Đá granit rất phổ biến ở vỏ lục địa.

Khối lượng đá granit lớn nhất được hình thành trong các vùng va chạm, nơi hai mảng lục địa va chạm và xảy ra sự dày lên của lớp vỏ lục địa. Theo một số nhà nghiên cứu, toàn bộ lớp đá granit tan chảy được hình thành trong lớp vỏ va chạm dày lên ở mức lớp vỏ giữa (độ sâu 10-20 km). Ngoài ra, magma granit là đặc trưng của rìa lục địa đang hoạt động, và ở mức độ thấp hơn là của các cung đảo.

• Thành phần khoáng vật của đá granit:

• fenspat - 60-65%;

• thạch anh - 25-30%;

• khoáng chất có màu sẫm (biotit, hiếm khi là Hornblende) - 5-10%.

đá bazan

• Thành phần khoáng chất. Khối lượng chính bao gồm microlites của plagioclase, clinopyroxene, magnetite hoặc titanomagnetite, cũng như thủy tinh núi lửa. Khoáng vật phụ phổ biến nhất là apatit.

• Thành phần hóa học. Hàm lượng silica (SiO2) dao động từ 45 đến 52-53%, tổng oxit kiềm Na2O+K2O lên tới 5%, trong bazan kiềm lên tới 7%. Các oxit khác có thể phân bố như sau: 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%;

Thạch anh (Silic(IV) Oxit, Silica)

Công thức: SiO2

• Công thức: SiO2

• Màu sắc: không màu, trắng, tím, xám, vàng, nâu

• Màu sắc đặc trưng: trắng

• Chiếu sáng: thủy tinh, đôi khi nhờn ở khối rắn

• Tỉ trọng: 2,6-2,65 g/cm³

• độ cứng: 7

Tính chất hóa học

Corundum (Al2O3, alumina)

Công thức: Al2O3

• Công thức: Al2O3

• Màu sắc: xanh, đỏ, vàng, nâu, xám

• Màu sắc đặc trưng: trắng

• Chiếu sáng: thủy tinh

• Tỉ trọng: 3,9-4,1 g/cm³

• độ cứng: 9

Tellurium

Cấu trúc chuỗi Tellurium

• Tinh thể có hình lục giác, các nguyên tử trong chúng tạo thành chuỗi xoắn ốc và được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử lân cận gần nhất. Vì vậy, Tellurium nguyên tố có thể được coi là một polyme vô cơ. Tellurium kết tinh được đặc trưng bởi ánh kim loại, mặc dù do tính chất hóa học phức tạp của nó nên nó có thể được phân loại là phi kim loại.

Ứng dụng của Tellurium

• Sản xuất vật liệu bán dẫn

• Sản xuất cao su

• Tính siêu dẫn nhiệt độ cao

Selen

Cấu trúc chuỗi Selen

Đen Xám Đỏ

Selen xám

Selen màu xám (đôi khi được gọi là kim loại) có các tinh thể trong hệ lục giác. Mạng cơ bản của nó có thể được biểu diễn dưới dạng một khối lập phương hơi biến dạng. Tất cả các nguyên tử của nó dường như được xâu chuỗi thành các chuỗi hình xoắn ốc và khoảng cách giữa các nguyên tử lân cận trong một chuỗi nhỏ hơn khoảng một lần rưỡi so với khoảng cách giữa các chuỗi. Do đó, các khối cơ bản bị biến dạng.

Ứng dụng của selen xám

• Selen xám thông thường có đặc tính bán dẫn; nó là chất bán dẫn loại p, tức là Độ dẫn điện trong nó chủ yếu được tạo ra không phải bởi các electron mà bởi các “lỗ trống”.

• Một đặc tính thực tế rất quan trọng khác của selen bán dẫn là khả năng tăng mạnh độ dẫn điện dưới tác động của ánh sáng. Hoạt động của tế bào quang điện selen và nhiều thiết bị khác dựa trên đặc tính này.

Selen đỏ

• Selen đỏ là một dạng biến đổi vô định hình kém ổn định hơn.

• Một polyme có cấu trúc chuỗi nhưng cấu trúc kém trật tự. Ở nhiệt độ 70-90°C, nó có đặc tính giống cao su, chuyển sang trạng thái đàn hồi cao.

• Không có điểm nóng chảy cụ thể.

• Selen vô định hình màu đỏ khi nhiệt độ ngày càng tăng (-55) nó bắt đầu chuyển thành selen lục giác màu xám

lưu huỳnh

Đặc điểm cấu trúc

• Sự biến đổi dẻo của lưu huỳnh được hình thành bởi các chuỗi xoắn ốc của các nguyên tử lưu huỳnh với trục quay trái và phải. Những chuỗi này được xoắn và kéo theo một hướng.

• Lưu huỳnh nhựa không ổn định và tự biến thành lưu huỳnh hình thoi.

Thu được lưu huỳnh nhựa

Ứng dụng của lưu huỳnh

• Điều chế axit sulfuric;

• Trong ngành giấy;

• trong nông nghiệp (để chống bệnh cây trồng, chủ yếu là nho và bông);

• trong sản xuất thuốc nhuộm và chế phẩm phát sáng;

• để lấy bột đen (săn bắn);

• trong sản xuất diêm;

• thuốc mỡ và bột để điều trị một số bệnh về da.

Sự biến đổi đẳng hướng của carbon

Đặc điểm so sánh

Ứng dụng các biến đổi đẳng hướng của carbon

• Kim cương - trong công nghiệp: nó được dùng để chế tạo dao, máy khoan, máy cắt; trong việc làm đồ trang sức. Tương lai là sự phát triển của vi điện tử trên nền kim cương.

• Than chì - để sản xuất nồi nấu kim loại, điện cực; chất độn nhựa; chất điều tiết neutron trong lò phản ứng hạt nhân; thành phần của chế phẩm để sản xuất chì cho bút chì than chì đen (trộn với cao lanh)

Polyme là các hợp chất có trọng lượng phân tử cao bao gồm nhiều monome. Các polyme nên được phân biệt với những thứ như oligome, ngược lại, khi thêm một đơn vị được đánh số khác, các tính chất của polyme không thay đổi.

Sự kết nối giữa các đơn vị monome có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các liên kết hóa học, trong trường hợp đó chúng được gọi là nhiệt rắn hoặc do lực tác dụng giữa các phân tử, đặc trưng của cái gọi là nhựa nhiệt dẻo.

Sự kết hợp của các monome để tạo thành polyme có thể xảy ra do phản ứng trùng hợp hoặc trùng hợp.

Có nhiều hợp chất tương tự được tìm thấy trong tự nhiên, trong đó nổi tiếng nhất là protein, cao su, polysaccharides và axit nucleic. Những vật liệu như vậy được gọi là hữu cơ.

Ngày nay, một số lượng lớn polyme được sản xuất tổng hợp. Các hợp chất như vậy được gọi là polyme vô cơ. Polyme vô cơ được sản xuất bằng cách kết hợp các nguyên tố tự nhiên thông qua phản ứng đa ngưng tụ, trùng hợp và biến đổi hóa học. Điều này cho phép bạn thay thế các vật liệu tự nhiên đắt tiền hoặc quý hiếm hoặc tạo ra những vật liệu mới không có chất tương tự trong tự nhiên. Điều kiện chính là polymer không chứa các nguyên tố có nguồn gốc hữu cơ.

Các polyme vô cơ, do đặc tính của chúng, đã trở nên phổ biến rộng rãi. Phạm vi sử dụng của chúng khá rộng và các lĩnh vực ứng dụng mới liên tục được tìm thấy và các loại vật liệu vô cơ mới đang được phát triển.

Các đặc điểm chính

Ngày nay, có nhiều loại polyme vô cơ, cả tự nhiên và tổng hợp, có thành phần, tính chất, phạm vi ứng dụng và trạng thái kết tụ khác nhau.

Mức độ phát triển hiện nay của ngành hóa chất cho phép sản xuất polyme vô cơ với khối lượng lớn. Để thu được vật liệu như vậy cần tạo điều kiện áp suất cao và nhiệt độ cao. Nguyên liệu thô để sản xuất là một chất tinh khiết phù hợp với quá trình trùng hợp.

Các polyme vô cơ được đặc trưng bởi thực tế là chúng có độ bền, tính linh hoạt cao hơn, khó bị tấn công bởi hóa chất và có khả năng chịu được nhiệt độ cao. Nhưng một số loại có thể mỏng manh và thiếu độ đàn hồi, nhưng đồng thời chúng khá bền. Nổi tiếng nhất trong số đó là than chì, gốm sứ, amiăng, thủy tinh khoáng, mica, thạch anh và kim cương.

Các polyme phổ biến nhất đều dựa trên chuỗi các nguyên tố như silicon và nhôm. Điều này là do sự phong phú của các nguyên tố này trong tự nhiên, đặc biệt là silicon. Nổi tiếng nhất trong số đó là các polyme vô cơ như silicat và aluminosilicates.

Các tính chất và đặc điểm khác nhau không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học của polyme mà còn phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, mức độ trùng hợp, cấu trúc nguyên tử và độ đa phân tán.

Polydispersity là sự hiện diện của các đại phân tử có khối lượng khác nhau trong chế phẩm.

Hầu hết các hợp chất vô cơ được đặc trưng bởi các chỉ số sau:

1. Độ đàn hồi. Một đặc tính như độ đàn hồi cho thấy khả năng của vật liệu tăng kích thước dưới tác động của ngoại lực và trở lại trạng thái ban đầu sau khi loại bỏ tải. Ví dụ, cao su có thể giãn nở từ bảy đến tám lần mà không làm thay đổi cấu trúc hoặc gây ra bất kỳ hư hỏng nào. Có thể trả lại hình dạng và kích thước bằng cách duy trì sự sắp xếp của các đại phân tử trong chế phẩm; chỉ các phân đoạn riêng lẻ mới di chuyển.
2. Cấu trúc tinh thể. Các tính chất và đặc tính của vật liệu phụ thuộc vào sự sắp xếp không gian của các thành phần cấu thành, được gọi là cấu trúc tinh thể và sự tương tác của chúng. Dựa trên các thông số này, polyme được chia thành tinh thể và vô định hình.

Các tinh thể có cấu trúc ổn định trong đó quan sát thấy sự sắp xếp nhất định của các đại phân tử. Những chất vô định hình bao gồm các đại phân tử có trật tự tầm ngắn, chỉ có cấu trúc ổn định ở một số vùng nhất định.

Cấu trúc và mức độ kết tinh phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như nhiệt độ kết tinh, trọng lượng phân tử và nồng độ của dung dịch polymer.

1. Sự thủy tinh. Tính chất này là đặc trưng của các polyme vô định hình, khi nhiệt độ giảm hoặc áp suất tăng sẽ thu được cấu trúc thủy tinh. Trong trường hợp này, chuyển động nhiệt của các đại phân tử dừng lại. Phạm vi nhiệt độ mà quá trình hình thành thủy tinh xảy ra phụ thuộc vào loại polymer, cấu trúc của nó và tính chất của các thành phần cấu trúc.
2. Trạng thái dòng chảy nhớt. Đây là một tính chất trong đó những thay đổi không thể đảo ngược về hình dạng và thể tích của vật liệu xảy ra dưới tác động của ngoại lực. Ở trạng thái chảy nhớt, các phần tử cấu trúc di chuyển theo hướng tuyến tính, gây ra sự thay đổi hình dạng của nó.

Cấu trúc của polyme vô cơ

Tính chất này rất quan trọng trong một số ngành công nghiệp. Nó thường được sử dụng trong xử lý nhựa nhiệt dẻo bằng các phương pháp như ép phun, ép đùn, tạo hình chân không và các phương pháp khác. Trong trường hợp này, polyme tan chảy ở nhiệt độ cao và áp suất cao.

Các loại polyme vô cơ

Ngày nay, có một số tiêu chí nhất định để phân loại polyme vô cơ. Những cái chính:

• tính chất xuất xứ;
• các loại nguyên tố hóa học và tính đa dạng của chúng;
• số lượng đơn vị monome;
• cấu trúc chuỗi polyme;
• Các tính chất vật lý và hóa học.

Tùy thuộc vào bản chất nguồn gốc, polyme tổng hợp và tự nhiên được phân loại. Những chất tự nhiên được hình thành trong điều kiện tự nhiên mà không có sự can thiệp của con người, trong khi những chất tổng hợp được sản xuất và biến đổi trong điều kiện công nghiệp để đạt được những đặc tính cần thiết.

Ngày nay, có nhiều loại polyme vô cơ, trong số đó được sử dụng rộng rãi nhất. Điều này bao gồm amiăng.

Amiăng là một loại khoáng chất dạng sợi mịn thuộc nhóm silicat. Thành phần hóa học của amiăng được thể hiện bằng silicat của magiê, sắt, natri và canxi. Amiăng có đặc tính gây ung thư và do đó rất nguy hiểm cho sức khỏe con người. Nó rất nguy hiểm cho công nhân tham gia vào việc khai thác nó. Nhưng ở dạng thành phẩm, nó khá an toàn vì nó không hòa tan trong các chất lỏng khác nhau và không phản ứng với chúng.

Silicone là một trong những polyme vô cơ tổng hợp phổ biến nhất. Thật dễ dàng để gặp nhau trong cuộc sống hàng ngày. Tên khoa học của silicone là polysiloxane. Thành phần hóa học của nó là liên kết giữa oxy và silicon, giúp silicone có đặc tính có độ bền và tính linh hoạt cao. Nhờ đó, silicone có thể chịu được nhiệt độ cao và căng thẳng về thể chất mà không bị mất sức, duy trì hình dạng và cấu trúc.

Polyme carbon rất phổ biến trong tự nhiên. Ngoài ra còn có nhiều loài được con người tổng hợp trong điều kiện công nghiệp. Trong số các polyme tự nhiên, kim cương nổi bật. Vật liệu này cực kỳ bền và có cấu trúc trong suốt như pha lê.

Carbyne là một loại polymer carbon tổng hợp có đặc tính tăng cường độ bền không thua kém kim cương và graphene. Nó được sản xuất dưới dạng quả mâm xôi đen với cấu trúc tinh thể mịn. Nó có đặc tính dẫn điện, tăng lên dưới tác động của ánh sáng. Có thể chịu được nhiệt độ 5000 độ mà không làm mất tính chất.

Than chì là một loại polyme cacbon có cấu trúc được đặc trưng bởi sự định hướng phẳng. Bởi vì điều này, cấu trúc của than chì được phân lớp. Vật liệu này dẫn điện và nhiệt, nhưng không truyền ánh sáng. Sự đa dạng của nó là graphene, bao gồm một lớp phân tử carbon.

Polyme Boron có đặc điểm là độ cứng cao, không thua kém nhiều so với kim cương. Có khả năng chịu được nhiệt độ hơn 2000 độ, cao hơn rất nhiều so với nhiệt độ biên của kim cương.

Polyme Selen là một loại vật liệu vô cơ khá rộng. Nổi tiếng nhất trong số đó là cacbua selen. Cacbua Selenium là một vật liệu bền xuất hiện ở dạng tinh thể trong suốt.

Polysilanes có những đặc tính đặc biệt giúp phân biệt chúng với các vật liệu khác. Loại này dẫn điện và có thể chịu được nhiệt độ lên tới 300 độ.

Ứng dụng

Polyme vô cơ được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống chúng ta. Tùy theo loại mà chúng có những đặc tính khác nhau. Đặc điểm chính của chúng là vật liệu nhân tạo có đặc tính được cải thiện so với vật liệu hữu cơ.

Amiăng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chủ yếu là trong xây dựng. Hỗn hợp xi măng và amiăng được sử dụng để sản xuất đá phiến và các loại ống khác nhau. Amiăng cũng được sử dụng để làm giảm tác dụng axit. Trong công nghiệp nhẹ, amiăng được dùng để may quần áo chữa cháy.

Silicone được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nó được sử dụng để sản xuất ống cho ngành hóa chất, các nguyên tố dùng trong công nghiệp thực phẩm và cũng được sử dụng làm chất bịt kín trong xây dựng.

Nói chung, silicone là một trong những polyme vô cơ có chức năng nhất.

Kim cương được biết đến nhiều nhất như một vật liệu trang sức. Nó rất đắt tiền do vẻ đẹp và khó khai thác. Nhưng kim cương cũng được sử dụng trong công nghiệp. Vật liệu này cần thiết trong các thiết bị cắt để cắt các vật liệu rất bền. Nó có thể được sử dụng ở dạng nguyên chất như một máy cắt hoặc dưới dạng phun lên các bộ phận cắt.

Than chì được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau; bút chì được làm từ nó, nó được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí, trong ngành công nghiệp hạt nhân và ở dạng thanh than chì.

Graphene và carbyne vẫn chưa được hiểu rõ nên phạm vi ứng dụng của chúng còn hạn chế.

Polyme Boron được sử dụng để sản xuất vật liệu mài mòn, bộ phận cắt, v.v. Các công cụ làm từ vật liệu như vậy là cần thiết để gia công kim loại.

Cacbua Selen được sử dụng để sản xuất đá pha lê. Nó thu được bằng cách nung cát thạch anh và than đá đến 2000 độ. Pha lê được sử dụng để sản xuất bộ đồ ăn và đồ nội thất chất lượng cao.

Phân loại theo phương thức sản xuất (xuất xứ)

Phân loại dễ cháy

Phân loại theo hành vi khi đun nóng

Phân loại polyme theo cấu trúc đại phân tử

PHÂN LOẠI POLYMER

Tổng hợp các polyme.

Polyme là một chất hóa học có trọng lượng phân tử lớn và bao gồm một số lượng lớn các mảnh lặp lại định kỳ được liên kết bằng liên kết hóa học. Những mảnh này được gọi là đơn vị cơ bản.

Như vậy, đặc tính của polyme như sau: 1. trọng lượng phân tử rất cao (hàng chục và hàng trăm nghìn). 2. Cấu trúc chuỗi phân tử (thường là liên kết đơn giản).

Cần lưu ý rằng polyme ngày nay cạnh tranh thành công với tất cả các vật liệu khác được nhân loại sử dụng từ thời cổ đại.

Ứng dụng của polyme:

Polyme dùng cho mục đích sinh học và y tế

Vật liệu trao đổi ion và điện tử

Nhựa chịu nhiệt và chịu nhiệt

Chất cách điện

Vật liệu xây dựng và kết cấu

Chất hoạt động bề mặt và vật liệu chịu được môi trường khắc nghiệt.

Việc mở rộng nhanh chóng việc sản xuất polyme đã dẫn đến nguy cơ cháy nổ của chúng (và tất cả chúng đều cháy tốt hơn gỗ) đã trở thành thảm họa quốc gia đối với nhiều quốc gia. Khi chúng cháy và phân hủy sẽ tạo thành nhiều chất khác nhau, hầu hết đều độc hại đối với con người. Biết các đặc tính nguy hiểm của các chất tạo thành là cần thiết để chống lại chúng thành công.

Phân loại polyme theo thành phần của chuỗi đại phân tử chính (phổ biến nhất):

TÔI. Vòng tránh thai chuỗi carbon - chuỗi polymer chính chỉ được tạo thành từ các nguyên tử carbon

II. BMC dị chuỗi - chuỗi polymer chính, ngoài các nguyên tử carbon, còn chứa các dị thể (oxy, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh, v.v.)

III. Các hợp chất polyme nguyên tố hữu cơ - chuỗi chính của các đại phân tử chứa các nguyên tố không phải là một phần của các hợp chất hữu cơ tự nhiên (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn, v.v.)

Mỗi lớp được chia thành các nhóm riêng biệt tùy thuộc vào cấu trúc của chuỗi, sự hiện diện của liên kết, số lượng và tính chất của các nhóm thế và chuỗi bên. Ngoài ra, các hợp chất dị chuỗi được phân loại có tính đến tính chất và số lượng các nguyên tử dị hợp và các polyme nguyên tố hữu cơ - tùy thuộc vào sự kết hợp của các đơn vị hydrocarbon với các nguyên tử silicon, titan, nhôm, v.v.

a) polyme có chuỗi bão hòa: polypropylen – [-CH 2 -CH-] n,

polyetylen – [-CH 2 -CH 2 -] n; CH 3

b) polyme có chuỗi không bão hòa: polybutadien – [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n;

c) polyme được thay thế halogen: Teflon - [-CF 2 -CF 2 -] n, PVC - [-CH 2 -CHCl-] n;

d) rượu polyme: rượu polyvinyl – [-CH 2 -CH-] n;

e) polyme của các dẫn xuất rượu: polyvinyl axetat – [-CH 2 -CH-] n;

f) các aldehyd polyme và xeton: polyacrolein – [-CH 2 -CH-] n;

g) polyme của axit cacboxylic: axit polyacrylic – [-CH 2 -CH-] n;

h) polyme nitril: PAN – [-CH 2 -CH-] n;

i) polyme của hydrocacbon thơm: polystyren – [-CH 2 -CH-] n.

a) polyete: polyglycols – [-CH 2 -CH 2 -O-] n;

b) polyeste: polyetylen glycol terephthalat –

[-O-CH 2 -CH 2 -O-C-C 6 H 4 -C-] n;

c) polyme peroxit: polyme styren peroxit – [-CH 2 -CH-O-O-] n;

2. Polyme chứa nguyên tử nitơ ở mạch chính:

a) polyme polyme: polyetylendiamin – [-CH 2 –CH 2 –NH-] n;

b) polyme amit: polycaprolactam – [-NН-(СH 2) 5 -С-] n;

3. Polyme chứa cả nguyên tử nitơ và oxy trong mạch chính - polyuretan: [-С-NН-R-NN-С-О-R-О-] n;

4.Polyme chứa nguyên tử lưu huỳnh ở mạch chính:

a) polythioete [-(CH 2) 4 – S-] n;

b) polytetrasulfua [-(CH 2) 4 -S - S-] n;

5.Polyme chứa nguyên tử phốt pho trong chuỗi chính

ví dụ: Ô

[- P – O-CH 2 -CH 2 -O-] n ;

1. Hợp chất polyme organosilicon

a) hợp chất polysilan R R

b) hợp chất polysiloxan

[-Si-O-Si-O-]n;

c) hợp chất polycarbosilan

[-Si-(-C-) n -Si-(-C-) n -] n ;

d) hợp chất polycarbosiloxan

[-O-Si-O-(-C-) n -] n ;

2. Các hợp chất polyme hữu cơ titan, ví dụ:

OC 4 H 9 OC ​​4 H 9

[-O – Ti – O – Ti-] n ;

OC 4 H 9 OC ​​4 H 9

3. Các hợp chất polyme hữu cơ nhôm, ví dụ:

[-O – Al – O – Al-] n ;

Các đại phân tử có thể có cấu trúc ba chiều tuyến tính, phân nhánh và không gian.

tuyến tính polyme bao gồm các đại phân tử có cấu trúc tuyến tính; các đại phân tử như vậy là tập hợp các đơn vị monome (-A-) được kết nối thành chuỗi dài không phân nhánh:

nA ® (…-A - A-…) m + (…- A - A -…) R + …., trong đó (…- A - A -…) là các đại phân tử polymer có trọng lượng phân tử khác nhau.

Phân nhánh polyme được đặc trưng bởi sự hiện diện của các nhánh bên trong chuỗi chính của các đại phân tử, ngắn hơn chuỗi chính nhưng cũng bao gồm các đơn vị monome lặp lại:

…- A – A – A – A – A – A – A- …

không gian polyme có cấu trúc ba chiều được đặc trưng bởi sự hiện diện của các chuỗi đại phân tử được liên kết với nhau bằng các lực có hóa trị cơ bản sử dụng các cầu nối chéo được hình thành bởi các nguyên tử (-B-) hoặc các nhóm nguyên tử, ví dụ như các đơn vị monome (-A-)

A – A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A –

Các polyme ba chiều có liên kết chéo thường xuyên được gọi là các polyme mạng. Đối với các polyme ba chiều, khái niệm phân tử mất đi ý nghĩa của nó, vì trong chúng, các phân tử riêng lẻ được kết nối với nhau theo mọi hướng, tạo thành các đại phân tử khổng lồ.

nhựa nhiệt dẻo- polyme có cấu trúc tuyến tính hoặc phân nhánh, có đặc tính thuận nghịch khi gia nhiệt và làm lạnh lặp lại;

nhiệt rắn- một số polyme tuyến tính và phân nhánh, các đại phân tử của chúng, khi được nung nóng, do các tương tác hóa học xảy ra giữa chúng, được kết nối với nhau; trong trường hợp này, cấu trúc mạng không gian được hình thành do liên kết hóa học mạnh mẽ. Sau khi đun nóng, các polyme nhiệt rắn thường trở nên lỏng và không hòa tan - một quá trình đông cứng không thể đảo ngược xảy ra.

Sự phân loại này rất gần đúng, vì quá trình đánh lửa và đốt cháy vật liệu không chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật liệu mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn đánh lửa, điều kiện đánh lửa, hình dạng của sản phẩm hoặc cấu trúc, v.v.

Theo phân loại này, vật liệu polyme được chia thành dễ cháy, ít cháy và không cháy. Trong số các vật liệu dễ cháy, vật liệu khó bắt lửa được phân biệt và vật liệu khó cháy có khả năng tự dập tắt.

Ví dụ về các polyme dễ cháy: polyetylen, polystyren, polymethyl methacrylate, polyvinyl axetat, nhựa epoxy, xenlulo, v.v.

Ví dụ về polyme chống cháy: nhựa PVC, Teflon, nhựa phenol-formaldehyde, nhựa urê-formaldehyde.

Tự nhiên (protein, axit nucleic, nhựa tự nhiên) (động vật và

nguồn gốc thực vật);

Tổng hợp (polyethylene, polypropylene, v.v.);

Nhân tạo (biến đổi hóa học của polyme tự nhiên - ete

xenlulozơ).

Vô cơ: thạch anh, silicat, kim cương, than chì, corundum, carbine, boron cacbua, v.v.

Hữu cơ: cao su, cellulose, tinh bột, thủy tinh hữu cơ và