Реферат: Кремний
Весьма перспективны работы по применению волоконной
оптики в электронно-вычислительных устройствах. Их назвали ОВМ (оптические
вычислительные машины) в отличие от обычных ЭВМ. Благодаря им появилась
возможность введения в ОВМ прямой информации – речи, изображения, текста и пр.
Кремнийорганические соединения
Химия кремнийорганических соединений представляет собой
большой раздел современной науки. К числу важнейших химических продуктов,
необходимых для народного хозяйства (смазки, смолы, лаки, каучуки и т. д.),
относятся мономерные и полимерные кремнийорганические соединения. Первое кремнийорганическое
соединение было получено в 1845 г. французским химиком Ж. Эбельменом.
Взаимодействием тетрахлорида кремния и этилового спирта он получил этиловый
эфир ортокремниевой кислоты (тетраэтоксисилан, этилсиликат Si(ОС2Н5)4).
Далее были получены четырехзамещенные органические соединения кремния с общей
формулой SiR4 и другие соединения.
Среди
ученых господствовало представление о полном сходстве соединений кремния и
углерода. Считалось, что замена атомов углерода в органических соединениях
атомами кремния не приводит к существенному изменению свойств органических
соединений кремния. В этот период Д.И. Менделеев опубликовал несколько работ по
химии кремния и кремнийорганических соединений. Его диссертация на звание
приват-доцента, не утратившая своей ценности до настоящего времени, называлась
«О строении кремнеземистых соединений» (1856 г.). Д.И. Менделеев первым из
химиков показал, что кремний в отличие от углерода способен образовывать с
кислородом продукты полимерной структуры (рис.4). Такие полимеры содержат в
своем составе чередующиеся связи кремний — кислород (силоксановые связи).
Д.И. Менделеев заложил основы химии кремнийорганических
соединений. Он детально изучил открытую ранее Ж. Эбельменом реакцию образования
тетраэтоксисилана, установил правильное строение этого соединения и
четырехвалентность кремния, а также определил ряд физических констант. Уделяя
большое внимание химии кремнийорганических соединений. Взглядов Д.И. Менделеева
на строение кислородных соединений кремния придерживались А.М. Бутлеров,
Н.А.Меншуткин и другие русские химики. За рубежом работы Д.И. Менделеева этого
периода были или неизвестны, или непоняты.
В истории развития химии кремнийорганических соединений
ведущая роль принадлежит нашей отечественной науке. Началом современного
развития химии высокомолекулярных кремнийорганических соединений является
разработка академиком К.А. Андрияновым с сотрудниками способа синтеза
кремнийорганических смол (1937 г.) и освоение промышленного производства
кремнийорганических полимеров. Сразу резко возрос интерес к
элементоорганическим соединениям этого класса. В настоящее время синтезировано
несколько тысяч кремнийорганических соединений, изучены их физико-химические
свойства, методы синтеза и области их практического применения.
Все кремнийорганические соединения условно разделены
на две большие группы - низкомолекулярные и высокомолекулярные соединения. Из
них практическое значение получили не кремнийорганические соединения c цепями кремний – кремний (силаны), а соединения, содержащие
цепи кремний — кислород (силоксаны). Чем объяснить преимущества
кремнийорганических соединений, содержащих силоксановые цепи?
Связь кремния с кремнием в кремнийорганических соединениях
термически неустойчива. Нагревание соединений, содержащих эту связь, до 200-250
°С приводит к их полному разложению. Силоксановая связь отличается высокой
термической стойкостью. В зависимости от состава и строения кремнийорганических
соединений их термическая стабильность находится в пределах 300-500 °С. В
химическом отношении связь кремний — кислород значительно устойчивее связи
кремний — кремний. Она разрушается только при взаимодействии с фтором, серной
кислотой и крепкими щелочами при нагревании.
Кремнийорганические мономерные соединения являются важнейшими
полупродуктами для синтеза кремнийорганических полимеров. Исходным доступным
сырьем для получения кремнийорганических мономерных соединений являются
кремний, кремнезем, кокс, хлор, хлороводород и т. д. Наибольшее распространение
получили методы получения кремнийорганических мономеров из кремнезема через
тетрахлорид кремния и из кремнезема через элементарный кремний. Структура
кремнийорганических полимеров аналогична структуре кварца и силикатов, они
также обладают большой термической стойкостью. Разница в структурах – наличие
органических радикалов у кремнийоргакических полимеров, которые придают высокую
эластичность молекуле полимера. Оксид кремния (IV) и
силикаты также имеют полимерное строение.
Кремнийорганические мономеры в основном используют для
получения полимеров, но они находят также и самостоятельное применение. Из них
основное промышленное значение имеет этиловый эфир ортокремниевой кислоты Si(OC2H5)4
(этил-силикат) – связующее вещество при получении цементов, керамики, красящих
веществ. После пропитки этилсиликатом тканей, кож, ваты, бумаги, дерева,
асбеста, гипса, бетона и т. д. эти материалы становятся водонепроницаемыми и
менее горючими. Этилсиликат применяют также для приготовления специальных
клеев. Этиловый эфир ортокремниевой кислоты используют для получения
жаростойких литейных форм в производстве точного литья.
Кремнийорганические жидкости могут быть получены с широким
диапазоном температур кипения и вязкости. Их вязкость очень мало изменяется в
интервале температур от –70 до +250 °С.
Температура замерзания большинства кремнийорганических
жидкостей около –70 °С (иногда –130 °С и ниже), в то время как у нефтяных масел
с той же температурой кипения она составляет от –20 до –40 °С.
Полиорганосилоксановые жидкости термически стабильны. Они не
изменяют цвета и практически не окисляются кислородом воздуха при длительном
нагревании до 200 °С. В атмосфере инертных газов, а также на воздухе в
присутствии ингибиторов они устойчивы и при более высоких температурах.
Кремнийорганические смолы – бесцветные или от желтого до
коричневого цвета продукты. Они хорошо растворимы во многих органических
растворителях, и их растворы используются как лаки. Кремнийорганические смолы
обладают исключительно высокой термической устойчивостью и стойкостью к
окислению.
Ранее использовали различные способы повышения водостойкости
материалов путем нанесения на их поверхность защитных покрытий или пропиток.
Однако подавляющее большинство предложенных составов имели существенные
недостатки: одни изменяли внешний вид обрабатываемой поверхности, другие
ухудшали физико-химические и механические свойства обрабатываемого материала
или значительно увеличивали его массу; пористые материалы становились воздухонепроницаемыми
и т. д.
В настоящее время найдена лишенная этих недостатков
возможность повышения водостойкости материалов, заключающаяся в обработке
последних различными кремнийорганическими соединениями. Обработанные
кремнийорганическими соединениями материалы не смачиваются ни водой, ни водными
растворами. Пористые материалы после обработки кремнийорганическнми
соединениями перестают впитывать в себя воду, а их воздухопроницаемость при
этом практически не изменяется. Такое действие кремнийорганических соединений
обусловлено появлением на поверхности обработанного материала тончайшей
полимерной пленки толщиной 3´10
–6 см.
Водоотталкивающие свойства можно придать бумаге введением
кремннйорганической жидкости непосредственно в бумажную массу перед
изготовлением из нее бумаги (проклейка бумаги). Такая бумага удерживает на
поверхности чернильные штрихи без пропускания чернил на оборотную сторону и без
растекания их по ее поверхности. Текстильные ткани, пропитанные кремнийорганическими
жидкостями, становятся непромокаемыми, к ним не пристают чернила и другие
жидкости. Вода на поверхности такой ткани собирается в виде шариков и стекает с
нее. Даже струя воды не смачивает обработанную кремнийорганикой ткань.
Широко применяют кремнийорганические жидкости в качестве
смазок самого различного назначения. Они обеспечивают длительную работу машин и
механизмов как при низкой (до –70°С), так и при высокой (до +260 °C) температуре. Замечательной особенностью
кремнийорганических соединений – масел – является постоянство вязкости в
широком интервале температур. Испытания кремнийорганических жидкостей на
подопытных животных, а затем и на людях показали, что они безвредны. Поэтому
кремнийорганические жидкости стали использовать для приготовления кремов, мазей
и других косметических препаратов. В литературе имеются указания на возможность
использования кремнийорганических жидкостей в качестве растворителей, лекарств,
применяемых для внутримышечного вливания, и в качестве среды для стерилизации
хирургических инструментов. В последнем случае инструмент во время стерилизации
одновременно и смазывается.
Интенсивно расширяется сфера применения кремнийорганических
смол, лаков и каучуков. Высокая теплостойкость кремнийорганических смол,
устойчивость к действию влаги, кислорода, озона, солнечного света, а также
высокие защитные свойства и диэлектрические характеристики кремнийорганических
лаковых пленок обеспечили их широкое применение в хозяйстве. Из каучуков
специального назначения большой интерес представляют кремнийорганические
каучуки, ставшие незаменимыми во многих областях современной техники.
Характерными свойствами, выгодно отличающими полиоргано-силоксановые каучуки от
углеводородных, являются термо- и морозостойкость, высокие изоляционные и
диэлектрические свойства, химическая стойкость и многие другие.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |