Organikët me bazë silikoni janë një grup i madh përbërjesh. Emri i dytë, më i zakonshëm për ta është silikone. Shtrirja e komponimeve organosilicon po rritet vazhdimisht. Ato përdoren pothuajse në të gjitha fushat e veprimtarisë njerëzore - nga astronautika në mjekësi. Materialet e bazuara në to kanë cilësi të larta teknike dhe konsumatore.
Koncepti i përgjithshëm
Përbërjet organosilikon janë komponime në të cilat ekziston një lidhje midis silikonit dhe karbonit. Ato gjithashtu mund të përmbajnë elementë të tjerë kimikë shtesë (oksigjen, halogjene, hidrogjen dhe të tjerë). Në këtë drejtim, ky grup substancash dallohet nga një shumëllojshmëri e gjerë e vetive dhe aplikimeve. Ndryshe nga komponimet e tjera organike, përbërjet organosilikon kanë karakteristika më të mira të performancës dhe siguri më të lartë për shëndetin e njeriut si kur merren ashtu edhe kur përdoren artikuj,bërë prej tyre.
Studimi i tyre filloi në shekullin XIX. Tetrakloridi i silikonit ishte substanca e parë e sintetizuar. Në periudhën nga vitet 20-90 të të njëjtit shekull u përftuan shumë përbërje të këtij lloji: silane, etere dhe estere të zëvendësuara të acidit ortosilicik, alkilklorosilane etj. Ngjashmëria e disa prej vetive të silikonit dhe substancave të zakonshme organike ka çuar në formimin e një ideje të rreme se përbërjet e silikonit dhe karbonit janë plotësisht identike. Kimisti rus D. I. Mendeleev vërtetoi se nuk është kështu. Ai gjithashtu vërtetoi se komponimet silikon-oksigjen kanë një strukturë polimerike. Kjo nuk është tipike për substancat organike, në të cilat ekziston një lidhje midis oksigjenit dhe karbonit.
Klasifikimi
Përbërjet organosilikon zënë një pozicion të ndërmjetëm midis organik dhe organometalik. Midis tyre dallohen 2 grupe të mëdha substancash: pesha molekulare e ulët dhe pesha molekulare e lartë.
Në grupin e parë, hidrogjenet e silikonit shërbejnë si përbërje fillestare, dhe pjesa tjetër janë derivatet e tyre. Këto përfshijnë substancat e mëposhtme:
- silane dhe homologët e tij (disilani, trisilani, tetrasilani);
- silane të zëvendësuara (butilsilani, tert-butilsilani, izobutisilani);
- Eteret e acidit ortosilicik (tetrametoksisilani, dimetoksidietoksisilani);
- haloesteret e acidit ortosilicik (trimetoksiklorosilani, metoksietoksidiklorosilani);
- estere të zëvendësuara të acidit ortosilicik (metiltrietoksisilani, metilfenildietoksisilani);
- alkil-(aril)-halosilane (feniltriklorosilane);
- derivatet hidroksil të organosilaneve(dihidroksidietilsilani, hidroksimetiletilfenilsilani);
- alkil-(aril)-aminosilane (diaminometilfenilsilan, metilaminotrimetilsilan);
- alkoksi-(ariloksi)-aminosilane;
- alkil-(aril)-aminohalosilane;
- alkil-(aril)-iminosilane;
- izocianate, tioiozocianate dhe tioeterë silikoni.
Përbërjet organosilikon me peshë të lartë molekulare
Baza për klasifikimin e përbërjeve organike makromolekulare është hidrogjeni polimer i silikonit, diagrami strukturor i të cilit është paraqitur në figurën më poshtë.
Këtij grupi i përkasin substancat e mëposhtme:
- alkil-(aril)-polisilane;
- organopolialkil-(polyaril)-silane;
- poliorganosiloksane;
- poliorganoalkilene-(fenilen)-siloksane;
- poliorganometaloziloksane;
- polimerë të zinxhirit metaloidsilan.
Vetitë kimike
Meqenëse këto substanca janë shumë të ndryshme, është e vështirë të vendosësh modele të përgjithshme që karakterizojnë lidhjen midis silikonit dhe karbonit.
Vetitë më karakteristike të përbërjeve organosilikon janë:
- Rezistent ndaj temperaturës së ngritur përcaktohet nga lloji dhe madhësia e radikalit organik ose grupeve të tjera që lidhen me atomin Si. Silanet e tetrazëvendësuara kanë qëndrueshmërinë më të lartë termike. Zbërthimi i tyre fillon në një temperaturë prej 650-700 °C. Polidimetilsiloksilanet shkatërrohen në një temperaturë prej 300 °C. Tetraetilsilani dhe heksaetildisilani dekompozohen me ngrohje të zgjatur në një temperaturë prej 350 ° C,në këtë rast eliminohet 50% e radikalit etil dhe lirohet etani.
- Rezistenca kimike ndaj acideve, alkaleve dhe alkooleve varet nga struktura e radikalit, i cili lidhet me atomin e silikonit, dhe të gjithë molekulën e substancës. Pra, lidhja e karbonit me silicin në esteret e zëvendësuar alifatik nuk shkatërrohet kur ekspozohet ndaj acidit sulfurik të koncentruar, ndërsa në esteret e përzier me alkil-(aril)-zëvendësues, në të njëjtat kushte, grupi fenil ndahet. Lidhjet siloksane gjithashtu kanë forcë të lartë.
- Përbërjet organosilikon janë relativisht rezistente ndaj alkaleve. Shkatërrimi i tyre ndodh vetëm në kushte të vështira. Për shembull, në polidimetilsiloksane, ndarja e grupeve metil vërehet vetëm në temperatura mbi 200 °C dhe nën presion (në një autoklavë).
Karakteristikat e komponimeve makromolekulare
Ekzistojnë disa lloje të substancave makromolekulare me bazë silikoni:
- monofunksional;
- funksional;
- trifunksional;
- katërfunksionale.
Duke kombinuar këto komponime, ju merrni:
- derivatet e disiloksanit, të cilët janë më shpesh komponime të lëngëta;
- polimere ciklike (lëngje vajore);
- elastomere (polimere me strukturë lineare të përbërë nga disa dhjetëra mijëra monomere dhe një peshë të madhe molekulare);
- polimere me strukturë lineare, në të cilat grupet fundorebllokuar nga radikalet organike (vajrat).
Rrëshirat me një raport radikal metil ndaj silikonit 1,2-1,5 janë lëndë të ngurta pa ngjyrë.
Vetitë e mëposhtme janë tipike për përbërjet organike të silikonit me molekulare të lartë:
- rezistenca ndaj nxehtësisë;
- hidrofobiciteti (rezistenca ndaj depërtimit të ujit);
- performancë e lartë dielektrike;
- duke mbajtur një vlerë konstante viskoziteti në një gamë të gjerë temperaturash;
- stabilitet kimik edhe në prani të oksidantëve të fortë.
Vetitë fizike të silaneve
Meqenëse këto substanca janë shumë heterogjene në strukturë dhe përbërje, ne kufizohemi në përshkrimin e përbërjeve organosilikon të një prej grupeve më të zakonshme - silaneve.
Monosilan dhe disilan (SiH4 dhe Si2H4 respektivisht) në normale kushtet janë gazra që kanë një erë të pakëndshme. Në mungesë të ujit dhe oksigjenit, ato janë mjaft të qëndrueshme kimikisht.
Tetrasilani dhe trisilani janë lëngje toksike të paqëndrueshme. Pentasilani dhe heksasilani janë gjithashtu toksikë dhe kimikisht të paqëndrueshëm.
Këto substanca treten mirë në alkoole, benzinë, disulfid karboni. Lloji i fundit i zgjidhjeve ka një rrezik të lartë shpërthyes. Pika e shkrirjes së përbërjeve të mësipërme varion nga -90 °C (tetrasilan) deri në -187 °C (trisilan).
Merr
Shtimi i radikaleve në Si vazhdon ndryshe dhe varet nga vetitë e materialit fillestar dhe kushtet në të cilat ndodh sinteza. Disakomponimet e silikonit me substanca organike mund të bëhen vetëm në kushte të vështira, ndërsa të tjerët reagojnë më lehtë.
Marrja e komponimeve organosilikonike të bazuara në lidhjet silanike kryhet nga hidroliza e alkil (ose aril)-kloroksisilaneve (ose alkoksisilaneve) e ndjekur nga polikondensimi i silanoleve. Një reagim tipik tregohet në figurën më poshtë.
Polikondensimi mund të vazhdojë në tre drejtime: me formimin e përbërjeve lineare ose ciklike, me marrjen e substancave të një rrjeti ose strukturë hapësinore. Polimeret ciklike kanë një densitet dhe viskozitet më të lartë se homologët e tyre linearë.
Sinteza e komponimeve makromolekulare
Rrëshirat organike dhe elastomerët me bazë silikoni prodhohen nga hidroliza e monomereve. Produktet e hidrolizës më pas nxehen dhe shtohen katalizatorët. Si rezultat i transformimeve kimike, uji (ose substanca të tjera) lirohet dhe formohen polimere komplekse.
Përbërjet e organosilikonit që përmbajnë oksigjen janë më të prirur ndaj polimerizimit sesa komponimet e tyre përkatëse me bazë karboni. Silikoni, në të kundërt, është në gjendje të mbajë 2 ose më shumë grupe hidroksil. Mundësia e formimit të molekulave të polimerit të ndërlidhur nga ato ciklike varet kryesisht nga madhësia e radikalit organik.
Analizë
Analiza e përbërjeve organosilikon kryhet në disa drejtime:
- Përcaktimi i konstanteve fizike (pika e shkrirjes, pika e vlimit dhe karakteristika të tjera).
- Analizë cilësore. Për të zbuluar komponimet e këtij lloji në llaqe, vajra dhe rrëshira, kampioni i provës shkrihet me karbonat natriumi, nxirret me ujë dhe më pas trajtohet me molibdat amonium dhe benzidinë. Nëse organosilicon është i pranishëm, kampioni bëhet blu. Ka mënyra të tjera për të zbuluar.
- Analiza sasiore. Për studimet cilësore dhe sasiore të përbërjeve organosilikonike, përdoren metoda të spektroskopisë infra të kuqe dhe të emetimit. Përdoren edhe metoda të tjera - analiza sol-gel, spektroskopia e masës, rezonanca magnetike bërthamore.
- Studim i detajuar fizik dhe kimik.
Paraprodhoni izolimin dhe pastrimin e substancës. Për përbërjet e ngurta, ndarja e përbërjeve bëhet në bazë të tretshmërisë së tyre të ndryshme, pikës së vlimit dhe kristalizimit. Izolimi i përbërjeve të silikonit organik kimikisht të pastër kryhet shpesh me distilim të pjesshëm. Fazat e lëngshme ndahen duke përdorur një gyp ndarës. Për përzierjet e gazeve, përdoret thithja ose lëngëzimi në temperatura të ulëta dhe fraksionimi.
Aplikacion
Sfera e komponimeve organosilikon është shumë e madhe:
- prodhimi i lëngjeve teknike (vajra lubrifikues, lëngje pune për pompa vakumi, vazelinë, pasta, emulsione, shkumëzues dhe të tjerë);
- industria kimike - përdoret si stabilizues, modifikues, katalizator;
- industria e bojrave dhe llakut - aditivë për prodhimin e veshjeve rezistente ndaj nxehtësisë, kundër korrozionit për metal, beton, qelq dhe materiale të tjera;
- inxhinieria e hapësirës ajrore - materiale shtypi, lëngje hidraulike, ftohës, përbërës kundër akullit;
- inxhinieri elektrike - prodhimi i rrëshirave dhe llaqeve, materialeve për mbrojtjen e qarqeve të integruara;
- industria inxhinierike - prodhimi i produkteve të gomës, përbërjeve, lubrifikantëve, ngjitësve, ngjitësve;
- industria e lehtë - modifikues të fibrave tekstile, lëkure, lëkure; shkumës;
- industria farmaceutike - prodhimi i materialeve për protetikë, imunostimulantë, adaptogjenë, kozmetikë.
Përparësitë e substancave të tilla përfshijnë faktin se ato mund të përdoren në kushte të ndryshme: në klimat tropikale dhe të ftohta, në presion të lartë dhe në vakum, në temperatura dhe rrezatim të lartë. Veshjet kundër korrozionit të bazuara në to funksionojnë në intervalin e temperaturës nga -60 në +550 °С.
Blegtori
Përdorimi i përbërjeve organosilicon në blegtori bazohet në faktin se silikoni është i përfshirë në mënyrë aktive në formimin e eshtrave dhe indeve lidhëse, proceset metabolike. Ky mikroelement është jetik për rritjen dhe zhvillimin e kafshëve shtëpiake.
Si shfaqetStudimet, futja e aditivëve me substanca organosilicon në dietën e shpendëve dhe bagëtive kontribuon në një rritje të peshës së gjallë, një ulje të vdekshmërisë dhe kostove të ushqimit për njësi të rritjes, një rritje në metabolizmin e azotit, kalciumit dhe fosforit. Përdorimi i barnave të tilla te lopët ndihmon edhe në parandalimin e sëmundjeve obstetrike.
Prodhimi në Rusi
Ndërmarrja kryesore në zhvillimin e komponimeve organosilicon në Rusi është GNIIChTEOS. Kjo është një qendër e integruar shkencore që angazhohet në krijimin e teknologjive industriale për prodhimin e komponimeve të bazuara në silikon, alumin, bor, hekur dhe elementë të tjerë kimikë. Specialistët e kësaj organizate kanë zhvilluar dhe prezantuar më shumë se 400 materiale organosilicon. Kompania ka një fabrikë pilot për prodhimin e tyre.
Megjithatë, Rusia në dinamikën globale të zhvillimit të prodhimit të përbërjeve organike të bazuara në silikon është shumë inferiore ndaj vendeve të tjera. Pra, gjatë 20 viteve të fundit, industria kineze ka rritur prodhimin e këtyre substancave me pothuajse 50 herë, dhe Evropën Perëndimore - me 2 herë. Aktualisht, prodhimi i përbërjeve organosilikon në Rusi kryhet në KZSK-Silicon, SHA Altaihimprom, në Uzinën Pilot Redkinsky, SHA Khimprom (Republika Chuvash), SHA Silan.
