Organik berasaskan silikon ialah sekumpulan besar sebatian. Nama kedua yang lebih biasa untuk mereka ialah silikon. Skop sebatian organosilicon sentiasa berkembang. Ia digunakan dalam hampir semua bidang aktiviti manusia - dari angkasawan hingga perubatan. Bahan berdasarkannya mempunyai kualiti teknikal dan pengguna yang tinggi.
Konsep umum
Sebatian Organosilikon ialah sebatian yang terdapat ikatan antara silikon dan karbon. Mereka juga mungkin mengandungi unsur kimia tambahan lain (oksigen, halogen, hidrogen, dan lain-lain). Dalam hal ini, kumpulan bahan ini dibezakan oleh pelbagai jenis sifat dan aplikasi. Tidak seperti sebatian organik lain, sebatian organosilikon mempunyai ciri prestasi yang lebih baik dan keselamatan yang lebih tinggi untuk kesihatan manusia apabila ia diperolehi dan apabila menggunakan item,dibuat daripada mereka.
Kajian mereka bermula pada abad XIX. Silikon tetraklorida adalah bahan sintesis pertama. Dalam tempoh dari 20-an hingga 90-an abad yang sama, banyak sebatian jenis ini diperolehi: silanes, eter dan ester digantikan asid ortosilisik, alkilchlorosilanes, dan lain-lain. Persamaan beberapa sifat silikon dan bahan organik biasa telah membawa kepada pembentukan idea palsu bahawa sebatian silikon dan karbon adalah sama sepenuhnya. Ahli kimia Rusia D. I. Mendeleev membuktikan bahawa ini tidak begitu. Beliau juga menegaskan bahawa sebatian silikon-oksigen mempunyai struktur polimer. Ini bukan tipikal untuk bahan organik, di mana terdapat ikatan antara oksigen dan karbon.
Klasifikasi
Sebatian Organosilikon menempati kedudukan pertengahan antara organik dan organologam. Antaranya, 2 kumpulan besar bahan dibezakan: berat molekul rendah dan berat molekul tinggi.
Dalam kumpulan pertama, hidrogen silikon berfungsi sebagai sebatian awal, dan selebihnya adalah terbitan mereka. Ini termasuk bahan berikut:
- silanes dan homolognya (disilane, trisilane, tetrasilane);
- silanes diganti (butilsilane, tert-butilsilane, isobutisilane);
- Eter asid ortosilisik (tetramethoxysilane, dimethoxydiethoxysilane);
- haloester asid ortosilisik (trimethoxychlorosilane, methoxyethoxydichlorosilane);
- ester asid ortosilisik yang digantikan (methyltriethoxysilane, methylphenyldiethoxysilane);
- alkil-(aril)-halosilanes (feniltriklorosilane);
- derivatif hidroksil organosilanes(dihydroxydiethylsilane, hydroxymethylethylphenylsilane);
- alkil-(aryl)-aminosilanes (diaminomethylphenylsilane, methylaminotrimethylsilane);
- alkoksi-(aryloxy)-aminosilanes;
- alkil-(aryl)-aminohalosilanes;
- alkil-(aryl)-iminosilanes;
- isosianat, tioisosianat dan tioeter silikon.
Sebatian organosilikon berat molekul tinggi
Asas untuk pengelasan sebatian organik makromolekul ialah hidrogen silikon polimer, rajah strukturnya ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Bahan berikut tergolong dalam kumpulan ini:
- alkil-(aril)-polisilan;
- organopolalkyl-(poliaryl)-silanes;
- polyorganosiloxanes;
- poliorganoalkylene-(phenylene)-siloxane;
- polyorganometallosiloxanes;
- polimer rantai metalloidsilane.
Sifat kimia
Memandangkan bahan ini sangat pelbagai, sukar untuk mewujudkan corak umum yang mencirikan ikatan antara silikon dan karbon.
Sifat paling ciri sebatian organosilikon ialah:
- Tahan kepada suhu tinggi ditentukan oleh jenis dan saiz radikal organik atau kumpulan lain yang dikaitkan dengan atom Si. Silan tetrasubstituted mempunyai kestabilan haba yang paling tinggi. Penguraian mereka bermula pada suhu 650-700 °C. Polydimethylsiloxylanes dimusnahkan pada suhu 300 °C. Tetraethylsilane dan hexaethyldisilane terurai apabila dipanaskan berpanjangan pada suhu 350 ° C,dalam kes ini, 50% daripada radikal etil disingkirkan dan etana dibebaskan.
- Kerintangan kimia terhadap asid, alkali dan alkohol bergantung pada struktur radikal, yang dikaitkan dengan atom silikon, dan keseluruhan molekul bahan. Jadi, ikatan karbon dengan silikon dalam ester digantikan alifatik tidak dimusnahkan apabila terdedah kepada asid sulfurik pekat, manakala dalam ester digantikan alkil-(aryl) bercampur, di bawah keadaan yang sama, kumpulan fenil dibelah. Ikatan siloksan juga mempunyai kekuatan yang tinggi.
- Kompaun organosilikon agak tahan terhadap alkali. Kemusnahan mereka hanya berlaku dalam keadaan yang teruk. Contohnya, dalam polydimethylsiloxane, pembelahan kumpulan metil hanya diperhatikan pada suhu melebihi 200 °C dan di bawah tekanan (dalam autoklaf).
Ciri-ciri sebatian makromolekul
Terdapat beberapa jenis bahan makromolekul berasaskan silikon:
- monofungsi;
- tidak berfungsi;
- trifungsi;
- fungsi empat segi.
Menggabungkan sebatian ini, anda mendapat:
- derivatifdisiloksan, yang selalunya merupakan sebatian cecair;
- polimer kitaran (cecair berminyak);
- elastomer (polimer dengan struktur linear yang terdiri daripada beberapa puluh ribu monomer dan berat molekul yang besar);
- polimer dengan struktur linear, di mana kumpulan berakhirdisekat oleh radikal organik (minyak).
Resin dengan nisbah metil radikal kepada silikon 1.2-1.5 ialah pepejal tidak berwarna.
Sifat berikut adalah tipikal untuk sebatian silikon organik molekul tinggi:
- tahan haba;
- hydrophobicity (rintangan kepada penembusan air);
- prestasi dielektrik tinggi;
- mengekalkan nilai kelikatan malar pada julat suhu yang luas;
- kestabilan kimia walaupun dengan kehadiran oksidan yang kuat.
Sifat fizikal silanes
Memandangkan bahan-bahan ini sangat heterogen dalam struktur dan komposisi, kami menghadkan diri kami untuk menerangkan sebatian organosilikon daripada salah satu kumpulan yang paling biasa - silanes.
Monosilane dan disilane (SiH4 dan Si2H4) pada keadaan biasa keadaan ialah gas yang mempunyai bau yang tidak menyenangkan. Dengan ketiadaan air dan oksigen, ia agak stabil dari segi kimia.
Tetrasilane dan trisilane ialah cecair toksik yang meruap. Pentasilan dan heksasilane juga toksik dan tidak stabil secara kimia.
Bahan ini larut dengan baik dalam alkohol, petrol, karbon disulfida. Jenis penyelesaian yang terakhir mempunyai bahaya letupan yang tinggi. Takat lebur sebatian di atas berjulat dari -90 °C (tetrasilane) hingga -187 °C (trisilane).
Terima
Penambahan radikal kepada Si berlangsung secara berbeza dan bergantung pada sifat bahan permulaan dan keadaan di mana sintesis berlaku. Sebahagiansebatian silikon dengan bahan organik hanya boleh dibuat dalam keadaan yang teruk, manakala yang lain bertindak balas dengan lebih mudah.
Mendapatkan sebatian organosilikon berdasarkan ikatan silan dilakukan dengan hidrolisis alkil (atau aril)-kloroksisilanes (atau alkoksisilanes) diikuti dengan polikondensasi silanol. Tindak balas biasa ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Polikondensasi boleh diteruskan dalam tiga arah: dengan pembentukan sebatian linear atau kitaran, dengan mendapatkan bahan rangkaian atau struktur ruang. Polimer kitaran mempunyai ketumpatan dan kelikatan yang lebih tinggi daripada polimer linearnya.
Sintesis sebatian makromolekul
Resin organik dan elastomer berasaskan silikon dihasilkan melalui hidrolisis monomer. Produk hidrolisis kemudiannya dipanaskan dan pemangkin ditambah. Hasil daripada transformasi kimia, air (atau bahan lain) dibebaskan dan polimer kompleks terbentuk.
Sebatian Organosilikon yang mengandungi oksigen lebih terdedah kepada pempolimeran daripada sebatian berasaskan karbon yang sepadan. Silikon, sebaliknya, mampu menampung 2 atau lebih kumpulan hidroksil. Kemungkinan membentuk molekul polimer berkait silang daripada molekul kitaran bergantung terutamanya pada saiz radikal organik.
Analisis
Analisis sebatian organosilikon dijalankan dalam beberapa arah:
- Penentuan pemalar fizik (takat lebur, takat didih dan ciri-ciri lain).
- Analisis kualitatif. Untuk mengesan sebatian jenis ini dalam varnis, minyak dan resin, sampel ujian digabungkan dengan natrium karbonat, diekstrak dengan air, dan kemudian dirawat dengan ammonium molibdat dan benzidin. Jika terdapat organosilicon, sampel menjadi biru. Terdapat cara lain untuk mengesan.
- Analisis kuantitatif. Untuk kedua-dua kajian kualitatif dan kuantitatif sebatian organosilikon, kaedah spektroskopi inframerah dan pelepasan digunakan. Kaedah lain juga digunakan - analisis sol-gel, spektroskopi jisim, resonans magnet nuklear.
- Kajian fizikal dan kimia terperinci.
Prahasilkan pengasingan dan penulenan bahan. Untuk komposisi pepejal, pemisahan sebatian dilakukan berdasarkan keterlarutan, takat didih dan penghabluran yang berbeza. Pengasingan sebatian silikon organik tulen secara kimia sering dilakukan dengan penyulingan pecahan. Fasa cecair diasingkan menggunakan corong pemisah. Untuk campuran gas, penyerapan atau pencairan pada suhu rendah dan pecahan digunakan.
Permohonan
Skop sebatian organosilikon adalah sangat besar:
- pengeluaran cecair teknikal (minyak pelincir, cecair kerja untuk pam vakum, jeli petroleum, pes, emulsi, penyahbuih dan lain-lain);
- industri kimia - gunakan sebagai penstabil, pengubah suai, pemangkin;
- industri cat dan varnis - bahan tambahan untuk pembuatan salutan tahan haba, anti-karat untuk logam, konkrit, kaca dan bahan lain;
- kejuruteraan aeroangkasa - bahan penekan, cecair hidraulik, penyejuk, sebatian anti-aising;
- kejuruteraan elektrik - penghasilan resin dan varnis, bahan untuk melindungi litar bersepadu;
- industri kejuruteraan - pengeluaran produk getah, sebatian, pelincir, pengedap, pelekat;
- industri ringan - pengubah suai gentian tekstil, kulit, kulit buatan; penyahbuih;
- industri farmaseutikal - pengeluaran bahan untuk prostetik, imunostimulan, adaptogen, kosmetik.
Kelebihan bahan tersebut termasuk fakta bahawa ia boleh digunakan dalam pelbagai keadaan: dalam iklim tropika dan sejuk, pada tekanan tinggi dan dalam vakum, pada suhu tinggi dan sinaran. Salutan anti-karat berdasarkannya dikendalikan dalam julat suhu dari -60 hingga +550 °С.
Ternakan
Penggunaan sebatian organosilicon dalam penternakan adalah berdasarkan fakta bahawa silikon terlibat secara aktif dalam pembentukan tulang dan tisu penghubung, proses metabolik. Unsur surih ini penting untuk pertumbuhan dan perkembangan haiwan peliharaan.
Sebagai persembahankajian, pengenalan bahan tambahan dengan bahan organosilicon ke dalam diet ayam dan ternakan menyumbang kepada peningkatan dalam berat hidup, penurunan dalam kematian dan kos makanan setiap unit pertumbuhan, peningkatan dalam metabolisme nitrogen, kalsium, dan fosforus. Penggunaan ubat-ubatan tersebut pada lembu juga membantu dalam pencegahan penyakit obstetrik.
Pengeluaran di Rusia
Perusahaan terkemuka dalam pembangunan sebatian organosilikon di Rusia ialah GNIIChTEOS. Ini adalah pusat saintifik bersepadu yang terlibat dalam penciptaan teknologi perindustrian untuk pembuatan sebatian berdasarkan silikon, aluminium, boron, besi dan unsur kimia lain. Pakar organisasi ini telah membangunkan dan memperkenalkan lebih daripada 400 bahan organosilikon. Syarikat itu mempunyai kilang perintis untuk pengeluaran mereka.
Walau bagaimanapun, Rusia dalam dinamik global pembangunan pengeluaran sebatian organik berasaskan silikon jauh lebih rendah daripada negara lain. Jadi, sepanjang 20 tahun yang lalu, industri China telah meningkatkan pengeluaran bahan-bahan ini hampir 50 kali ganda, dan Eropah Barat - sebanyak 2 kali ganda. Pada masa ini, pengeluaran sebatian organosilikon di Rusia dijalankan di KZSK-Silicon, JSC Altaihimprom, di Loji Perintis Redkinsky, JSC Khimprom (Chuvash Republic), JSC Silan.
