Silicon-gebaseerde organiese stowwe is 'n groot groep verbindings. Die tweede, meer algemene naam vir hulle is silikone. Die omvang van organosilikoonverbindings groei voortdurend. Hulle word gebruik in byna alle areas van menslike aktiwiteit - van ruimtevaartkunde tot medisyne. Materiale wat daarop gebaseer is, het hoë tegniese en verbruikerseienskappe.
Algemene konsep
Organosilikoonverbindings is verbindings waarin daar 'n binding tussen silikon en koolstof is. Hulle kan ook ander bykomende chemiese elemente bevat (suurstof, halogene, waterstof, en ander). In hierdie verband word hierdie groep stowwe deur 'n wye verskeidenheid eienskappe en toepassings onderskei. Anders as ander organiese verbindings, het organosilikoonverbindings beter prestasie-eienskappe en hoër veiligheid vir menslike gesondheid, beide wanneer dit verkry word en wanneer items gebruik word,van hulle gemaak.
Hulle studie het in die XIX eeu begin. Silikontetrachloried was die eerste gesintetiseerde stof. In die tydperk van die 20's tot die 90's van dieselfde eeu is baie verbindings van hierdie soort verkry: silane, eters en gesubstitueerde esters van ortokiselzuur, alkielchloorsilane, en ander. Die ooreenkoms tussen sommige van die eienskappe van silikon en gewone organiese stowwe het gelei tot die vorming van 'n valse idee dat silikon en koolstofverbindings heeltemal identies is. Die Russiese chemikus D. I. Mendeleev het bewys dat dit nie so is nie. Hy het ook vasgestel dat silikon-suurstofverbindings 'n polimeriese struktuur het. Dit is nie tipies vir organiese stowwe waarin daar 'n binding tussen suurstof en koolstof is nie.
Klassifikasie
Organosilikoonverbindings beklee 'n tussenposisie tussen organies en organometaal. Onder hulle word 2 groot groepe stowwe onderskei: lae molekulêre gewig en hoë molekulêre gewig.
In die eerste groep dien silikonwaterstowwe as aanvanklike verbindings, en die res is hul afgeleides. Dit sluit die volgende stowwe in:
- silane en sy homoloë (disilaan, trisilaan, tetrasilaan);
- gesubstitueerde silane (butielsilaan, tert-butielsilaan, isobutisilaan);
- Eters van ortokiselsuur (tetrametoksisilaan, dimetoksiedietoksisilaan);
- haloesters van ortokiselzuur (trimetoksichloorsilaan, metoksiedoksiedichloorsilaan);
- gesubstitueerde esters van ortokiselsuur (metieltrietoksisilaan, metielfenyldietoksisilaan);
- alkiel-(ariel)-halosilane (fenieltrichloorsilaan);
- hidroksielderivate van organosilane(dihidroksiediëtielsilaan, hidroksimetieletielfenielsilaan);
- alkiel-(ariel)-aminosilane (diaminometielfenielsilaan, metielaminotrimetielsilaan);
- alkoksie-(ariloksie)-aminosilane;
- alkiel-(ariel)-aminohalosilane;
- alkiel-(ariel)-iminosilane;
- isosianate, tioisocyanates en silikon thio-eters.
Hoë molekulêre gewig organosilikoonverbindings
Die basis vir die klassifikasie van makromolekulêre organiese verbindings is polimeer silikonwaterstof, waarvan die struktuurdiagram in die onderstaande figuur getoon word.
Die volgende stowwe behoort aan hierdie groep:
- alkiel-(ariel)-polisilane;
- organopolialkiel-(poliariel)-silane;
- poli-organosiloksane;
- poliorganoalkeen-(fenileen)-siloksane;
- poli-organometaalsiloksane;
- metalloïedsilaan-kettingpolimere.
Chemiese eienskappe
Aangesien hierdie stowwe baie uiteenlopend is, is dit moeilik om algemene patrone vas te stel wat die binding tussen silikon en koolstof kenmerk.
Die mees kenmerkende eienskappe van organosilikoonverbindings is:
- Bestand teen verhoogde temperatuur word bepaal deur die tipe en grootte van die organiese radikaal of ander groepe wat met die Si-atoom geassosieer word. Tetra-gesubstitueerde silane het die hoogste termiese stabiliteit. Hul ontbinding begin by 'n temperatuur van 650-700 °C. Polidimetielsiloksielane word vernietig by 'n temperatuur van 300 °C. Tetraëtielsilaan en heksaëtieldisilaan ontbind by langdurige verhitting by 'n temperatuur van 350 ° C,in hierdie geval word 50% van die etielradikaal uitgeskakel en etaan vrygestel.
- Chemiese weerstand teen sure, alkalieë en alkohole hang af van die struktuur van die radikaal, wat met die silikonatoom geassosieer word, en die hele molekule van die stof. Dus, die binding van koolstof met silikon in alifaties gesubstitueerde esters word nie vernietig wanneer dit aan gekonsentreerde swaelsuur blootgestel word nie, terwyl in gemengde alkiel-(ariel)-gesubstitueerde esters, onder dieselfde toestande, die fenielgroep geklief word. Siloksaanbindings het ook hoë sterkte.
- Organosilikoonverbindings is relatief bestand teen alkalië. Hul vernietiging vind slegs in moeilike toestande plaas. Byvoorbeeld, in polidimetielsiloksane word splitsing van metielgroepe slegs waargeneem by temperature bo 200 °C en onder druk (in 'n outoklaaf).
Eienskappe van makromolekulêre verbindings
Daar is verskeie tipes silikon-gebaseerde makromolekulêre stowwe:
- monofunksioneel;
- difunksioneel;
- trifunksioneel;
- kwadrifunksioneel.
As jy hierdie verbindings kombineer, kry jy:
- disiloksaanderivate, wat meestal vloeibare verbindings is;
- sikliese polimere (olierige vloeistowwe);
- elastomere (polimere met 'n lineêre struktuur wat bestaan uit etlike tienduisende monomere en 'n groot molekulêre gewig);
- polimere met 'n lineêre struktuur, waarin eindgroepegeblokkeer deur organiese radikale (olies).
Harse met 'n metielradikaal tot silikonverhouding van 1,2-1,5 is kleurlose vastestowwe.
Die volgende eienskappe is tipies vir hoë-molekulêre organiese silikonverbindings:
- hitteweerstand;
- hidrofobisiteit (weerstand teen waterpenetrasie);
- hoë diëlektriese werkverrigting;
- handhaaf 'n konstante viskositeitwaarde oor 'n wye temperatuurreeks;
- chemiese stabiliteit selfs in die teenwoordigheid van sterk oksidante.
Fisiese eienskappe van silane
Aangesien hierdie stowwe baie heterogeen in struktuur en samestelling is, beperk ons ons tot die beskrywing van organosilikoonverbindings van een van die mees algemene groepe - silane.
Monosilaan en disilaan (SiH4 en Si2H4 onderskeidelik) by normaal toestande is gasse wat 'n onaangename reuk het. In die afwesigheid van water en suurstof is hulle redelik chemies stabiel.
Tetrasilaan en trisilaan is vlugtige giftige vloeistowwe. Pentasilaan en heksasilaan is ook giftig en chemies onstabiel.
Hierdie stowwe los goed op in alkohole, petrol, koolstofdisulfied. Laasgenoemde tipe oplossings hou 'n hoë plofgevaar in. Die smeltpunt van bogenoemde verbindings wissel van -90 °C (tetrasilaan) tot -187 °C (trisilaan).
Ontvang
Die byvoeging van radikale tot Si verloop anders en hang af van die eienskappe van die beginmateriaal en die toestande waaronder die sintese plaasvind. Sommigeverbindings van silikon met organiese stowwe kan slegs onder strawwe toestande gemaak word, terwyl ander makliker reageer.
Die verkryging van organosilikoonverbindings gebaseer op silaanbindings word uitgevoer deur hidrolise van alkiel (of ariel)-chlooroksisilane (of alkoksisilane) gevolg deur polikondensasie van silanole. 'n Tipiese reaksie word in die onderstaande figuur getoon.
Polykondensasie kan in drie rigtings voortgaan: met die vorming van lineêre of sikliese verbindings, met die verkryging van stowwe van 'n netwerk of ruimtelike struktuur. Sikliese polimere het 'n hoër digtheid en viskositeit as hul lineêre eweknieë.
Sintese van makromolekulêre verbindings
Organiese harse en silikon-gebaseerde elastomere word geproduseer deur die hidrolise van monomere. Die hidrolise produkte word vervolgens verhit en katalisators word bygevoeg. As gevolg van chemiese transformasies word water (of ander stowwe) vrygestel en komplekse polimere word gevorm.
Organosilikoonverbindings wat suurstof bevat, is meer geneig tot polimerisasie as hul ooreenstemmende koolstofgebaseerde verbindings. Silikon, in teenstelling, is in staat om 2 of meer hidroksielgroepe te hou. Die moontlikheid om kruisgebonde polimeermolekules uit sikliese molekules te vorm, hang hoofsaaklik af van die grootte van die organiese radikaal.
analise
Analise van organosilikoonverbindings word in verskeie rigtings uitgevoer:
- Bepaling van fisiese konstantes (smeltpunt, kookpunt en ander kenmerke).
- Kwalitatiewe analise. Om verbindings van hierdie tipe in vernis, olies en harse op te spoor, word die toetsmonster met natriumkarbonaat saamgesmelt, met water onttrek en dan met ammoniummolibdaat en bensidien behandel. As organosilikoon teenwoordig is, word die monster blou. Daar is ander maniere om op te spoor.
- Kwantitatiewe analise. Vir beide kwalitatiewe en kwantitatiewe studies van organosilikoonverbindings word metodes van infrarooi en emissiespektroskopie gebruik. Ander metodes word ook gebruik - sol-gel-analise, massaspektroskopie, kernmagnetiese resonansie.
- Gedetailleerde fisiese en chemiese studie.
Produseer vooraf die isolasie en suiwering van die stof. Vir vaste samestellings word die skeiding van verbindings gedoen op grond van hul verskillende oplosbaarheid, kookpunt en kristallisasie. Die isolasie van chemies suiwer organiese silikonverbindings word dikwels deur fraksionele distillasie uitgevoer. Die vloeistoffases word geskei met 'n skeitregter. Vir mengsels van gasse word absorpsie of vervloeiing by lae temperature en fraksionering gebruik.
Aansoek
Die omvang van organosilikoonverbindings is baie groot:
- produksie van tegniese vloeistowwe (smeerolies, werkvloeistowwe vir vakuumpompe, petroleumjellie, pastas, emulsies, ontskuimers en ander);
- chemiese industrie - gebruik as stabiliseerders, wysigers, katalisators;
- verf- en vernisbedryf - bymiddels vir die vervaardiging van hittebestande, anti-roesbedekkings vir metaal, beton, glas en ander materiale;
- lugvaart-ingenieurswese - persmateriaal, hidrouliese vloeistowwe, koelmiddels, teen-versierselverbindings;
- elektriese ingenieurswese - vervaardiging van harse en vernis, materiaal vir die beskerming van geïntegreerde stroombane;
- ingenieursbedryf - vervaardiging van rubberprodukte, verbindings, smeermiddels, seëlmiddels, kleefmiddels;
- ligte industrie - wysigers van tekstielvesels, leer, leer; ontskuimers;
- farmaseutiese industrie - vervaardiging van materiaal vir prostetika, immunostimulante, adaptogene, skoonheidsmiddels.
Die voordele van sulke stowwe sluit in die feit dat hulle in 'n verskeidenheid toestande gebruik kan word: in tropiese en koue klimate, teen hoë druk en in vakuum, by hoë temperature en bestraling. Korrosiebedekkings wat daarop gebaseer is, werk in die temperatuurreeks van -60 tot +550 °С.
Vee
Die gebruik van organosilikoonverbindings in veeteelt is gebaseer op die feit dat silikon aktief betrokke is by die vorming van bene en bindweefsel, metaboliese prosesse. Hierdie spoorelement is noodsaaklik vir die groei en ontwikkeling van troeteldiere.
As showstudies, dra die bekendstelling van bymiddels met organosilikoonstowwe in die dieet van pluimvee en vee by tot 'n toename in lewende gewig, 'n afname in mortaliteit en voerkoste per eenheid groei, 'n toename in die metabolisme van stikstof, kalsium en fosfor. Die gebruik van sulke middels by koeie help ook met die voorkoming van verloskundige siektes.
Produksie in Rusland
Die toonaangewende onderneming in die ontwikkeling van organosilikoonverbindings in Rusland is GNIIChTEOS. Dit is 'n geïntegreerde wetenskaplike sentrum wat betrokke is by die skepping van industriële tegnologieë vir die vervaardiging van verbindings gebaseer op silikon, aluminium, boor, yster en ander chemiese elemente. Die spesialiste van hierdie organisasie het meer as 400 organosilikoonmateriale ontwikkel en bekendgestel. Die maatskappy het 'n loodsaanleg vir hul produksie.
Rusland in die globale dinamika van die ontwikkeling van die produksie van organiese verbindings gebaseer op silikon is egter baie minderwaardig aan ander lande. Dus, oor die afgelope 20 jaar het die Chinese industrie die produksie van hierdie stowwe met byna 50 keer verhoog, en Wes-Europa - met 2 keer. Tans word die produksie van organosilikoonverbindings in Rusland uitgevoer by KZSK-Silicon, JSC Altaihimprom, by die Redkinsky Pilot Plant, JSC Khimprom (Chuvash Republic), JSC Silan.
