Kremniy asosidagi organiklar birikmalarning katta guruhidir. Ularning ikkinchi, keng tarqalgan nomi - silikonlar. Organosilikon birikmalarining ko'lami doimiy ravishda o'sib bormoqda. Ular inson faoliyatining deyarli barcha sohalarida - astronavtikadan tibbiyotgacha qo'llaniladi. Ularga asoslangan materiallar yuqori texnik va iste'mol sifatlariga ega.
Umumiy tushuncha
Organosilikon birikmalari - kremniy va uglerod o'rtasida bog'lanish mavjud bo'lgan birikmalar. Ular, shuningdek, boshqa qo'shimcha kimyoviy elementlarni (kislorod, galogenlar, vodorod va boshqalar) o'z ichiga olishi mumkin. Shu munosabat bilan ushbu moddalar guruhi turli xil xususiyatlar va ilovalar bilan ajralib turadi. Boshqa organik birikmalardan farqli o'laroq, organosilikon birikmalari yaxshi ishlash ko'rsatkichlariga ega va ular olinganda ham, buyumlardan foydalanganda ham inson salomatligi uchun yuqori xavfsizlikka ega.ulardan tayyorlangan.
Ularni o'rganish XIX asrda boshlangan. Kremniy tetraklorid birinchi sintez qilingan moddadir. Xuddi shu asrning 20-yillaridan 90-yillarigacha bo'lgan davrda bunday turdagi ko'plab birikmalar olingan: silanlar, efirlar va ortosilikat kislotasining almashtirilgan efirlari, alkilxlorosilanlar va boshqalar. Kremniy va oddiy organik moddalarning ba'zi xossalarining o'xshashligi kremniy va uglerod birikmalari butunlay bir xil degan noto'g'ri fikrning paydo bo'lishiga olib keldi. Rus kimyogari D. I. Mendeleyev bu unchalik emasligini isbotladi. Shuningdek, u kremniy-kislorodli birikmalarning polimer tuzilishga ega ekanligini aniqladi. Bu kislorod va uglerod o'rtasida bog'lanish mavjud bo'lgan organik moddalar uchun xos emas.
Tasnifi
Organosilikon birikmalari organik va organometall o'rtasida oraliq joyni egallaydi. Ular orasida 2 ta katta moddalar guruhi ajralib turadi: past molekulyar og'irlik va yuqori molekulyar og'irlik.
Birinchi guruhda kremniy vodorodlari boshlangʻich birikmalar, qolganlari esa ularning hosilalari boʻlib xizmat qiladi. Bularga quyidagi moddalar kiradi:
- silanlar va uning gomologlari (disilan, trisilan, tetrasilane);
- almashtirilgan silanlar (butilsilan, tert-butilsilan, izobutisilan);
- Ortosilikat kislotaning efirlari (tetrametoksisilan, dimetoksidietoksisilan);
- ortosilikat kislotaning haloesterlari (trimetoksixlorosilan, metoksietoksidixlorosilan);
- ortosilikat kislotaning almashtirilgan efirlari (metiltrietoksisilan, metilfenildietoksisilan);
- alkil-(aril)-galosilanlar (feniltriklorosilan);
- organosilanlarning gidroksil hosilalari(dihidroksidietilsilan, gidroksimetiletilfenilsilan);
- alkil-(aril)-aminosilanlar (diaminometilfenilsilan, metilaminotrimetilsilan);
- alkoksi-(ariloksi)-aminosilanlar;
- alkil-(aril)-aminohalosilanlar;
- alkil-(aril)-iminosilanlar;
- izosiyanatlar, tioizosiyanatlar va silikon tioefirlar.
Yuqori molekulyar og'irlikdagi silikonorganik birikmalar
Makromolekulyar organik birikmalarni tasniflash uchun asos polimer kremniy vodorodidir, uning struktura diagrammasi quyidagi rasmda ko'rsatilgan.
Quyidagi moddalar ushbu guruhga tegishli:
- alkil-(aril)-polisilanlar;
- organopolialkil-(poliaril)-silanlar;
- poliyorganosiloksanlar;
- poliyorganoalkilen-(fenilen)-siloksanlar;
- poliyorganometallosiloksanlar;
- metalloidsilan zanjirli polimerlar.
Kimyoviy xossalari
Bu moddalar juda xilma-xil boʻlgani uchun kremniy va uglerod oʻrtasidagi bogʻlanishni tavsiflovchi umumiy naqshlarni aniqlash qiyin.
Kremniyorganik birikmalarning eng xarakterli xossalari:
- Koʻtarilgan haroratga chidamlilik Si atomi bilan bogʻliq boʻlgan organik radikal yoki boshqa guruhlarning turi va hajmiga qarab belgilanadi. Tetra almashtirilgan silanlar eng yuqori termal barqarorlikka ega. Ularning parchalanishi 650-700 ° S haroratda boshlanadi. Polidimetilsiloksilanlar 300 ° S haroratda yo'q qilinadi. Tetraetilsilan va geksaetildisilan 350 ° C haroratda uzoq vaqt qizdirilganda parchalanadi,bu holda etil radikalining 50% i chiqariladi va etan ajralib chiqadi.
- Kislotalarga, ishqorlarga va spirtlarga kimyoviy qarshilik kremniy atomi va moddaning butun molekulasi bilan bog'liq bo'lgan radikalning tuzilishiga bog'liq. Shunday qilib, alifatik almashtirilgan efirlarda uglerodning kremniy bilan bog'lanishi konsentrlangan sulfat kislota ta'sirida buzilmaydi, aralash alkil-(aril) o'rnini bosgan efirlarda esa bir xil sharoitda fenil guruhi parchalanadi. Siloksan birikmalari ham yuqori quvvatga ega.
- Organosilikon birikmalari ishqorlarga nisbatan chidamli. Ularning yo'q qilinishi faqat og'ir sharoitlarda sodir bo'ladi. Masalan, polidimetilsiloksanlarda metil guruhlarning ajralishi faqat 200 °C dan yuqori haroratda va bosim ostida (avtoklavda) kuzatiladi.
Makromolekulyar birikmalarning xususiyatlari
Kremniy asosidagi makromolekulyar moddalarning bir necha turlari mavjud:
- monofunksional;
- difunksional;
- uch funksiyali;
- toʻrt funksiyali.
Ushbu birikmalarni birlashtirib, siz quyidagilarni olasiz:
- disiloksan hosilalari, koʻpincha suyuq birikmalar;
- tsiklik polimerlar (yog'li suyuqliklar);
- elastomerlar (bir necha o'n minglab monomerlardan tashkil topgan chiziqli tuzilishga ega va katta molekulyar og'irlikdagi polimerlar);
- Chiziqli tuzilishga ega polimerlar, unda guruhlar tugaydiorganik radikallar (yog'lar) tomonidan bloklangan.
Metil radikaliga kremniy nisbati 1,2-1,5 bo'lgan qatronlar rangsiz qattiq moddalardir.
Quyidagi xususiyatlar yuqori molekulyar organik kremniy birikmalari uchun xosdir:
- issiqlikka chidamlilik;
- hidrofobiklik (suv kirishiga qarshilik);
- yuqori dielektrik ishlash;
- keng harorat oralig'ida doimiy yopishqoqlik qiymatini saqlab turish;
- kuchli oksidlovchilar mavjudligida ham kimyoviy barqarorlik.
Silanlarning fizik xossalari
Bu moddalar tuzilishi va tarkibi jihatidan juda xilma-xil boʻlgani uchun biz eng keng tarqalgan guruhlardan biri - silanlarning organosilikon birikmalarini tavsiflash bilan cheklanamiz.
Monosilan va disilan (SiH4 va Si2H4) normal holatda sharoitlar yoqimsiz hidga ega bo'lgan gazlardir. Suv va kislorodsiz ular kimyoviy jihatdan ancha barqaror.
Tetrasilan va trisilan uchuvchi zaharli suyuqliklardir. Pentasilan va geksasilan ham zaharli va kimyoviy jihatdan barqaror emas.
Bu moddalar spirtlar, benzin, uglerod disulfidida yaxshi eriydi. Oxirgi turdagi eritmalar yuqori portlash xavfiga ega. Yuqoridagi birikmalarning erish nuqtasi -90 °C (tetrasilan) dan -187 °C (trisilan) gacha.
Qabul qilish
Si ga radikallarning qoʻshilishi turlicha boradi va boshlangʻich moddaning xossalariga va sintez sodir boʻladigan sharoitga bogʻliq. Birozkremniyning organik moddalar bilan birikmalarini faqat og'ir sharoitlarda hosil qilish mumkin, boshqalari esa osonroq reaksiyaga kirishadi.
Silan bogʻlari asosida kremniy organi birikmalarini olish alkil (yoki aril)-xloroksisilanlarning (yoki alkoksisilanlarning) gidrolizlanishi, soʻngra silanollarning polikondensatsiyasi yoʻli bilan amalga oshiriladi. Oddiy reaktsiya quyidagi rasmda ko'rsatilgan.
Polikondensatsiya uch yo'nalishda davom etishi mumkin: chiziqli yoki tsiklik birikmalar hosil bo'lishi bilan, tarmoq yoki fazoviy tuzilishdagi moddalarni olish bilan. Tsiklik polimerlar o'zlarining chiziqli analoglariga qaraganda yuqori zichlik va yopishqoqlikka ega.
Makromolekulyar birikmalar sintezi
Organik qatronlar va kremniy asosidagi elastomerlar monomerlarning gidrolizlanishi natijasida hosil bo'ladi. Keyinchalik gidroliz mahsulotlari isitiladi va katalizatorlar qo'shiladi. Kimyoviy o'zgarishlar natijasida suv (yoki boshqa moddalar) ajralib chiqadi va murakkab polimerlar hosil bo'ladi.
Kislorodli organosilikon birikmalari uglerod asosidagi mos keladigan birikmalarga qaraganda polimerlanishga koʻproq moyil boʻladi. Silikon, aksincha, 2 yoki undan ortiq gidroksil guruhini ushlab turishga qodir. Sikliklardan o'zaro bog'langan polimer molekulalarini hosil qilish imkoniyati asosan organik radikal hajmiga bog'liq.
Tahlil
Kremniyorganik birikmalar tahlili bir necha yoʻnalishda amalga oshiriladi:
- Fizik konstantalarni aniqlash (erish nuqtasi, qaynash nuqtasi va boshqa xususiyatlar).
- Sifatli tahlil. Laklar, moylar va qatronlardagi ushbu turdagi birikmalarni aniqlash uchun sinov namunasi natriy karbonat bilan eritiladi, suv bilan chiqariladi, so'ngra ammoniy molibdat va benzidin bilan ishlov beriladi. Agar organosilikon mavjud bo'lsa, namuna ko'k rangga aylanadi. Aniqlashning boshqa usullari ham bor.
- Miqdoriy tahlil. Organosilikon birikmalarini sifat va miqdoriy tadqiq qilish uchun infraqizil va emissiya spektroskopiyasi usullari qo'llaniladi. Boshqa usullar ham qo'llaniladi - sol-gel tahlili, mass-spektroskopiya, yadro magnit rezonansi.
- Batafsil fizik va kimyoviy tadqiqot.
Maddaning izolyatsiyasi va tozalanishini oldindan ishlab chiqarish. Qattiq kompozitsiyalar uchun birikmalarni ajratish ularning turli xil eruvchanligi, qaynash harorati va kristallanishi asosida amalga oshiriladi. Kimyoviy toza organik kremniy birikmalarini izolyatsiya qilish ko'pincha fraksiyonel distillash orqali amalga oshiriladi. Suyuq fazalar ajratuvchi voronka yordamida ajratiladi. Gazlar aralashmalari uchun past haroratlarda yutilish yoki suyultirish va fraksiyalash qo'llaniladi.
Ilova
Kremniyliorganik birikmalar doirasi juda katta:
- texnik suyuqliklar ishlab chiqarish (moylash moylari, vakuum nasoslari uchun ishchi suyuqliklar, neft jeli, pastalar, emulsiyalar, ko'pikni yo'qotuvchi moddalar va boshqalar);
- kimyo sanoati - stabilizatorlar, modifikatorlar, katalizatorlar sifatida foydalanish;
- bo'yoq va lak sanoati - metall, beton, shisha va boshqa materiallar uchun issiqlikka chidamli, korroziyaga qarshi qoplamalar ishlab chiqarish uchun qo'shimchalar;
- aerokosmik muhandislik - press materiallari, gidravlik suyuqliklar, sovutgichlar, muzlashga qarshi aralashmalar;
- elektrotexnika - qatronlar va laklar, integral mikrosxemalarni himoya qilish uchun materiallar ishlab chiqarish;
- mashinasozlik sanoati - rezina buyumlar, aralashmalar, moylash materiallari, mastiklar, elimlar ishlab chiqarish;
- engil sanoat - to'qimachilik tolalari, charm, charm to'qimalarining modifikatorlari; ko'piksizlantiruvchilar;
- farmatsevtika sanoati - protezlar, immunostimulyatorlar, adaptogenlar, kosmetika uchun materiallar ishlab chiqarish.
Bunday moddalarning afzalliklari orasida ularni turli sharoitlarda: tropik va sovuq iqlim sharoitida, yuqori bosim va vakuumda, yuqori harorat va radiatsiyada qoʻllash mumkinligi kiradi. Ularga asoslangan korroziyaga qarshi qoplamalar -60 dan +550 °S gacha bo'lgan harorat oralig'ida ishlaydi.
chorvachilik
Kremniyorganik birikmalarning chorvachilikda qoʻllanilishi kremniyning suyak va biriktiruvchi toʻqimalarning hosil boʻlishida, metabolik jarayonlarda faol ishtirok etishiga asoslanadi. Ushbu iz element uy hayvonlarining o'sishi va rivojlanishi uchun juda muhimdir.
Ko'rsatilganidekTadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, parranda va chorva mollarining ratsioniga kremniyli organik qo'shimchalarning kiritilishi tirik vaznning ko'payishiga, o'sish birligiga o'lim va ozuqa xarajatlarining pasayishiga, azot, k altsiy va fosfor almashinuvining oshishiga yordam beradi. Bunday dorilarni sigirlarda qo‘llash ham akusherlik kasalliklarining oldini olishga yordam beradi.
Rossiyada ishlab chiqarish
Rossiyada kremniyorganik birikmalar ishlab chiqarish boʻyicha yetakchi korxona GNIIChTEOS hisoblanadi. Bu kremniy, alyuminiy, bor, temir va boshqa kimyoviy elementlarga asoslangan birikmalar ishlab chiqarish uchun sanoat texnologiyalarini yaratish bilan shug'ullanadigan integratsiyalashgan ilmiy markazdir. Ushbu tashkilot mutaxassislari tomonidan 400 dan ortiq kremniy organi materiallari ishlab chiqilgan va joriy etilgan. Kompaniyada ularni ishlab chiqarish uchun tajriba zavodi mavjud.
Ammo Rossiya kremniyga asoslangan organik birikmalar ishlab chiqarishni rivojlantirishning global dinamikasi boʻyicha boshqa mamlakatlardan ancha past. Shunday qilib, so'nggi 20 yil ichida Xitoy sanoati ushbu moddalarni ishlab chiqarishni deyarli 50 barobarga, G'arbiy Evropada esa 2 barobarga oshirdi. Hozirgi vaqtda Rossiyada kremniyorganik birikmalar ishlab chiqarish KZSK-Silicon, OAJ "Altayhimprom", Redkinskiy uchuvchi zavodi, "Ximprom" OAJ (Chuvash Respublikasi), "Silan" OAJda amalga oshirilmoqda.
