Silikon əsaslı üzvi maddələr böyük birləşmələr qrupudur. Onlar üçün ikinci, daha çox yayılmış ad silikonlardır. Silikon üzvi birləşmələrin əhatə dairəsi daim böyüyür. Onlar insan fəaliyyətinin demək olar ki, bütün sahələrində - astronavtikadan tibbə qədər istifadə olunur. Onlara əsaslanan materiallar yüksək texniki və istehlak keyfiyyətlərinə malikdir.
Ümumi konsepsiya
Organosilikon birləşmələri silikon və karbon arasında əlaqə olan birləşmələrdir. Onların tərkibində digər əlavə kimyəvi elementlər də ola bilər (oksigen, halogenlər, hidrogen və s.). Bu baxımdan, bu maddələr qrupu çox müxtəlif xüsusiyyətlərə və tətbiqlərə görə fərqlənir. Digər üzvi birləşmələrdən fərqli olaraq, orqanosilikon birləşmələri həm alındıqda, həm də əşyalardan istifadə edərkən daha yaxşı performans xüsusiyyətlərinə və insan sağlamlığı üçün daha yüksək təhlükəsizliyə malikdir,onlardan hazırlanmışdır.
Onların tədqiqi XIX əsrdə başlamışdır. Silisium tetraklorid ilk sintez edilmiş maddə idi. Eyni əsrin 20-90-cı illərində bu cür bir çox birləşmələr əldə edildi: silanlar, efirlər və ortosilik turşunun əvəz edilmiş efirləri, alkilxlorosilanlar və s. Silisium və adi üzvi maddələrin bəzi xassələrinin oxşarlığı silisium və karbon birləşmələrinin tamamilə eyni olması barədə yanlış fikrin formalaşmasına səbəb olmuşdur. Rus kimyaçısı D. İ. Mendeleyev bunun belə olmadığını sübut etdi. O, həmçinin silisium-oksigen birləşmələrinin polimer quruluşa malik olduğunu müəyyən etmişdir. Bu, oksigen və karbon arasında əlaqə olan üzvi maddələr üçün xarakterik deyil.
Təsnifat
Organosilikon birləşmələri üzvi və orqanometal arasında aralıq mövqe tutur. Onların arasında 2 böyük maddə qrupu fərqləndirilir: aşağı molekulyar çəki və yüksək molekulyar çəki.
Birinci qrupda silisium hidrogenləri ilkin birləşmələr kimi xidmət edir, qalanları isə onların törəmələridir. Bunlara aşağıdakı maddələr daxildir:
- silanlar və onun homoloqları (disilan, trisilan, tetrasilane);
- əvəz edilmiş silanlar (butilsilan, tert-butilsilan, izobutisilan);
- Ortosilik turşunun efirləri (tetrametoksisilan, dimetoksidietoksisilan);
- ortosilik turşunun haloesterləri (trimetoksixlorosilan, metoksietoksidixlorosilan);
- ortosilik turşunun əvəzlənmiş efirləri (metiltrietoksisilan, metilfenildietoksisilan);
- alkil-(aril)-halosilanes (feniltriklorosilan);
- orqanosilanların hidroksil törəmələri(dihidroksidietilsilan, hidroksimetiletilfenilsilan);
- alkil-(aril)-aminosilanlar (diaminometilfenilsilan, metilaminotrimetilsilan);
- alkoksi-(ariloksi)-aminosilanlar;
- alkil-(aril)-aminohalosilanes;
- alkil-(aril)-iminosilanlar;
- izosiyanatlar, tioizosiyanatlar və silikon tioefirlər.
Yüksək molekulyar çəkili orqanosilikon birləşmələri
Makromolekulyar üzvi birləşmələrin təsnifatı üçün əsas struktur diaqramı aşağıdakı şəkildə göstərilən polimer silisium hidrogendir.
Aşağıdakı maddələr bu qrupa aiddir:
- alkil-(aril)-polisilanlar;
- orqanopolialkil-(poliaril)-silanlar;
- poliorqanosiloksanlar;
- poliorqanoalkilen-(fenilen)-siloksanlar;
- poliorqanometallosiloksanlar;
- metalloidsilan zəncir polimerləri.
Kimyəvi xassələri
Bu maddələr çox müxtəlif olduğundan, silikon və karbon arasındakı əlaqəni xarakterizə edən ümumi nümunələri müəyyən etmək çətindir.
Organosilikon birləşmələrinin ən xarakterik xüsusiyyətləri bunlardır:
- Yüksək temperatura davamlılıq Si atomu ilə əlaqəli üzvi radikal və ya digər qrupların növü və ölçüsü ilə müəyyən edilir. Tetraəvəz edilmiş silanlar ən yüksək istilik sabitliyinə malikdir. Onların parçalanması 650-700 °C temperaturda başlayır. Polidimetilsiloksilanlar 300 °C temperaturda məhv edilir. Tetraetilsilan və heksaetildisilan 350 ° C temperaturda uzun müddət qızdırıldıqda parçalanır,bu halda etil radikalının 50%-i xaric edilir və etan buraxılır.
- Turşulara, qələvilərə və spirtlərə qarşı kimyəvi müqavimət silisium atomu ilə əlaqəli olan radikalın strukturundan və maddənin bütün molekulundan asılıdır. Beləliklə, alifatik əvəzlənmiş efirlərdə karbonun silikonla əlaqəsi konsentratlaşdırılmış sulfat turşusu ilə təmasda olduqda pozulmur, qarışıq alkil-(aril)-əvəz edilmiş efirlərdə isə eyni şəraitdə fenil qrupu parçalanır. Siloksan bağları da yüksək möhkəmliyə malikdir.
- Organosilikon birləşmələri qələvilərə nisbətən davamlıdır. Onların məhv edilməsi yalnız ağır şəraitdə baş verir. Məsələn, polidimetilsiloksanlarda metil qruplarının parçalanması yalnız 200 °C-dən yuxarı temperaturda və təzyiq altında (avtoklavda) müşahidə olunur.
Makromolekulyar birləşmələrin xüsusiyyətləri
Silikon əsaslı makromolekulyar maddələrin bir neçə növü var:
- monofunksional;
- difunksional;
- üçfunksiyalı;
- dördfunksiyalı.
Bu birləşmələri birləşdirərək əldə edirsiniz:
- disiloksan törəmələri, çox vaxt maye birləşmələr;
- siklik polimerlər (yağlı mayelər);
- elastomerlər (bir neçə on minlərlə monomerdən ibarət xətti struktura və böyük molekulyar çəkiyə malik polimerlər);
- son qrupların olduğu xətti strukturlu polimerlərüzvi radikallar (yağlar) tərəfindən bloklanır.
Metil radikalına silikon nisbəti 1,2-1,5 olan qatranlar rəngsiz bərk maddələrdir.
Aşağıdakı xüsusiyyətlər yüksək molekullu üzvi silisium birləşmələri üçün xarakterikdir:
- istiliyə davamlılıq;
- hidrofobiklik (suya qarşı müqavimət);
- yüksək dielektrik performans;
- geniş temperatur diapazonunda sabit özlülük dəyərini saxlamaq;
- güclü oksidantların mövcudluğunda belə kimyəvi sabitlik.
Silanların fiziki xassələri
Bu maddələr struktur və tərkib baxımından çox heterojen olduğundan, biz ən çox yayılmış qruplardan birinin - silanların orqanosilikon birləşmələrini təsvir etməklə kifayətlənirik.
Monosilan və disilane (SiH4 və Si2H4) normal şərtlər xoşagəlməz qoxu olan qazlardır. Su və oksigen olmadıqda, onlar kimyəvi cəhətdən kifayət qədər sabitdirlər.
Tetrasilan və trisilan uçucu zəhərli mayelərdir. Pentasilan və hexasilane də zəhərlidir və kimyəvi cəhətdən qeyri-sabitdir.
Bu maddələr spirtlərdə, benzində, karbon disulfiddə yaxşı həll olunur. Sonuncu növ məhlullar yüksək partlama təhlükəsinə malikdir. Yuxarıdakı birləşmələrin ərimə nöqtəsi -90 °C (tetrasilan) ilə -187 °C (trisilan) arasında dəyişir.
Alın
Si-yə radikalların əlavə edilməsi fərqli şəkildə gedir və başlanğıc materialın xüsusiyyətlərindən və sintezin baş verdiyi şəraitdən asılıdır. Bəzilərisilisiumun üzvi maddələrlə birləşmələri yalnız sərt şəraitdə hazırlana bilər, digərləri isə daha asan reaksiya verir.
Silan bağlarına əsaslanan üzvi silisium birləşmələrinin əldə edilməsi alkil (və ya aril)-xloroksisilanların (və ya alkoksisilanların) hidrolizi, sonra silanolların polikondensasiyası yolu ilə həyata keçirilir. Tipik reaksiya aşağıdakı şəkildə göstərilib.
Polikondensasiya üç istiqamətdə gedə bilər: xətti və ya siklik birləşmələrin əmələ gəlməsi, şəbəkə və ya məkan strukturunun maddələrinin alınması ilə. Tsiklik polimerlər xətti analoqlarından daha yüksək sıxlığa və özlüliyə malikdir.
Makromolekulyar birləşmələrin sintezi
Üzvi qatranlar və silikon əsaslı elastomerlər monomerlərin hidrolizi ilə istehsal olunur. Hidroliz məhsulları sonradan qızdırılır və katalizatorlar əlavə edilir. Kimyəvi çevrilmələr nəticəsində su (və ya digər maddələr) ayrılır və mürəkkəb polimerlər əmələ gəlir.
Tərkibində oksigen olan orqanosilikon birləşmələri müvafiq karbon əsaslı birləşmələrə nisbətən polimerləşməyə daha çox meyllidirlər. Silikon, əksinə, 2 və ya daha çox hidroksil qrupunu saxlaya bilir. Dövrlü olanlardan çarpaz bağlı polimer molekullarının əmələ gəlmə ehtimalı əsasən üzvi radikalın ölçüsündən asılıdır.
Təhlil
Üzvi silikon birləşmələrinin təhlili bir neçə istiqamətdə aparılır:
- Fiziki sabitlərin təyini (ərimə nöqtəsi, qaynama nöqtəsi və digər xüsusiyyətlər).
- Keyfiyyət təhlili. Laklarda, yağlarda və qatranlarda bu tip birləşmələri aşkar etmək üçün sınaq nümunəsi natrium karbonatla əridilir, su ilə çıxarılır və sonra ammonium molibdat və benzidinlə müalicə olunur. Əgər orqanosilikon varsa, nümunə mavi olur. Aşkar etməyin başqa yolları var.
- Kəmiyyət analizi. Silikon üzvi birləşmələrin həm keyfiyyət, həm də kəmiyyət tədqiqatları üçün infraqırmızı və emissiya spektroskopiyası üsullarından istifadə olunur. Digər üsullardan da istifadə olunur - sol-gel analizi, kütləvi spektroskopiya, nüvə maqnit rezonansı.
- Ətraflı fiziki və kimyəvi tədqiqat.
Maddənin izolyasiyasını və təmizlənməsini əvvəlcədən hazırlayın. Bərk kompozisiyalar üçün birləşmələrin ayrılması onların müxtəlif həllolma qabiliyyəti, qaynama temperaturu və kristallaşması əsasında aparılır. Kimyəvi cəhətdən təmiz üzvi silisium birləşmələrinin təcrid edilməsi çox vaxt fraksiya distillə üsulu ilə həyata keçirilir. Maye fazaları ayırıcı huni ilə ayrılır. Qazların qarışıqları üçün aşağı temperaturda udma və ya mayeləşdirmə və fraksiyalaşdırma istifadə olunur.
Tətbiq
Organosilikon birləşmələrinin əhatə dairəsi çox böyükdür:
- texniki mayelərin istehsalı (sürtkü yağları, vakuum nasosları üçün işçi mayelər, neft jeli, pastalar, emulsiyalar, köpük təmizləyicilər və s.);
- kimya sənayesi - stabilizatorlar, dəyişdiricilər, katalizatorlar kimi istifadə edin;
- boya və lak sənayesi - metal, beton, şüşə və digər materiallar üçün istiliyədavamlı, korroziyaya qarşı örtüklərin istehsalı üçün əlavələr;
- aerokosmik mühəndislik - pres materialları, hidravlik mayelər, soyuducu maddələr, buzlanma əleyhinə birləşmələr;
- elektrik mühəndisliyi - qatran və lakların, inteqral sxemlərin mühafizəsi üçün materialların istehsalı;
- mühəndislik sənayesi - rezin məmulatların, birləşmələrin, sürtkü yağlarının, mastiklərin, yapışdırıcıların istehsalı;
- yüngül sənaye - toxuculuq liflərinin dəyişdiriciləri, dəri, dəri; köpük kəsicilər;
- əczaçılıq sənayesi - protezlər, immunostimulyatorlar, adaptogenlər, kosmetika üçün materialların istehsalı.
Belə maddələrin üstünlüklərinə onların müxtəlif şəraitlərdə istifadə oluna bilməsi daxildir: tropik və soyuq iqlimlərdə, yüksək təzyiqdə və vakuumda, yüksək temperaturda və radiasiyada. Onlara əsaslanan korroziyaya qarşı örtüklər -60 ilə +550 °С arasında olan temperatur intervalında işləyir.
Heyvandarlıq
Heyvandarlıqda silikon üzvi birləşmələrin istifadəsi silikonun sümüklərin və birləşdirici toxumaların əmələ gəlməsində, metabolik proseslərdə fəal iştirak etməsinə əsaslanır. Bu iz element ev heyvanlarının böyüməsi və inkişafı üçün çox vacibdir.
Göstərildiyi kimitədqiqatlar, quşçuluq və mal-qaranın pəhrizinə orqanosilikon maddələri olan əlavələrin daxil edilməsi canlı çəkinin artmasına, ölüm və böyümə vahidi üçün yem xərclərinin azalmasına, azot, kalsium və fosfor mübadiləsinin artmasına kömək edir. Bu cür dərmanların inəklərdə istifadəsi mamalıq xəstəliklərinin qarşısının alınmasına da kömək edir.
Rusiyada istehsal
Rusiyada silikon üzvi birləşmələrin işlənməsi üzrə aparıcı müəssisə GNIIChTEOS şirkətidir. Bu, silisium, alüminium, bor, dəmir və digər kimyəvi elementlər əsasında birləşmələrin istehsalı üçün sənaye texnologiyalarının yaradılması ilə məşğul olan inteqrasiya olunmuş elmi mərkəzdir. Bu təşkilatın mütəxəssisləri 400-dən çox orqanosilikon material hazırlayıb tətbiq ediblər. Şirkətin onların istehsalı üçün sınaq zavodu var.
Lakin Rusiya silisium əsasında üzvi birləşmələrin istehsalının inkişafının qlobal dinamikasında digər ölkələrdən xeyli geridədir. Belə ki, son 20 ildə Çin sənayesi bu maddələrin istehsalını təxminən 50 dəfə, Qərbi Avropada isə 2 dəfə artırıb. Hazırda Rusiyada silikon orqanik birləşmələrin istehsalı KZSK-Silicon, ASC Altaihimprom, Redkinsky Pilot Zavod, ASC Ximprom (Çuvaş Respublikası), ASC Silan-da həyata keçirilir.
