Ang Silicon-based organics ay isang malaking grupo ng mga compound. Ang pangalawa, mas karaniwang pangalan para sa kanila ay silicones. Ang saklaw ng mga organosilicon compound ay patuloy na lumalaki. Ginagamit ang mga ito sa halos lahat ng mga lugar ng aktibidad ng tao - mula sa astronautics hanggang sa medisina. Ang mga materyales batay sa mga ito ay may mataas na teknikal at mga katangian ng consumer.
Pangkalahatang konsepto
Ang Organosilicon compounds ay mga compound kung saan mayroong bond sa pagitan ng silicon at carbon. Maaari rin silang maglaman ng iba pang karagdagang elemento ng kemikal (oxygen, halogens, hydrogen, at iba pa). Sa pagsasaalang-alang na ito, ang pangkat ng mga sangkap na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang malawak na iba't ibang mga katangian at aplikasyon. Hindi tulad ng iba pang mga organikong compound, ang mga organosilicon compound ay may mas mahusay na mga katangian ng pagganap at mas mataas na kaligtasan para sa kalusugan ng tao kapwa kapag sila ay nakuha at kapag gumagamit ng mga item,ginawa mula sa kanila.
Nagsimula ang kanilang pag-aaral noong ika-19 na siglo. Ang Silicon tetrachloride ay ang unang synthesized substance. Sa panahon mula 20s hanggang 90s ng parehong siglo, maraming mga compound ng ganitong uri ang nakuha: silanes, ethers at substituted esters ng orthosilicic acid, alkylchlorosilanes, at iba pa. Ang pagkakapareho ng ilan sa mga katangian ng silikon at ordinaryong mga organikong sangkap ay humantong sa pagbuo ng isang maling ideya na ang mga silikon at carbon compound ay ganap na magkapareho. Pinatunayan ng Russian chemist na si D. I. Mendeleev na hindi ito ganoon. Itinatag din niya na ang mga silicon-oxygen compound ay may polymeric na istraktura. Ito ay hindi pangkaraniwan para sa mga organikong sangkap, kung saan mayroong isang bono sa pagitan ng oxygen at carbon.
Pag-uuri
Ang Organosilicon compound ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng organic at organometallic. Kabilang sa mga ito, 2 malalaking grupo ng mga substance ang nakikilala: mababang molekular na timbang at mataas na molekular na timbang.
Sa unang pangkat, ang mga silicon hydrogen ay nagsisilbing mga paunang compound, at ang iba ay ang mga derivatives ng mga ito. Kabilang dito ang mga sumusunod na sangkap:
- silanes at ang mga homologue nito (disilane, trisilane, tetrasilane);
- pinalitan silanes (butylsilane, tert-butylsilane, isobutysilane);
- Ethers ng orthosilicic acid (tetramethoxysilane, dimethoxydiethoxysilane);
- haloester ng orthosilicic acid (trimethoxychlorosilane, methoxyethoxydichlorosilane);
- pinapalitan ang mga ester ng orthosilicic acid (methyltriethoxysilane, methylphenyldiethoxysilane);
- alkyl-(aryl)-halosilanes (phenyltrichlorosilane);
- hydroxyl derivatives ng organosilanes(dihydroxydiethylsilane, hydroxymethylethylphenylsilane);
- alkyl-(aryl)-aminosilanes (diaminomethylphenylsilane, methylaminotrimethylsilane);
- alkoxy-(aryloxy)-aminosilanes;
- alkyl-(aryl)-aminohalosilanes;
- alkyl-(aryl)-iminosilanes;
- isocyanates, thioisocyanates at silicon thioethers.
Mataas na molekular na timbang na mga organosilicon compound
Ang batayan para sa pag-uuri ng mga macromolecular organic compound ay polymer silicon hydrogen, ang structural diagram na ipinapakita sa figure sa ibaba.
Ang mga sumusunod na substance ay nabibilang sa pangkat na ito:
- alkyl-(aryl)-polysilanes;
- organopolyalkyl-(polyaryl)-silanes;
- polyorganosiloxanes;
- polyorganoalkylene-(phenylene)-siloxanes;
- polyorganometallosiloxanes;
- metalloidsilane chain polymers.
Mga katangian ng kemikal
Dahil ang mga sangkap na ito ay lubhang magkakaibang, mahirap magtatag ng mga pangkalahatang pattern na nagpapakita ng bono sa pagitan ng silikon at carbon.
Ang pinakakatangiang katangian ng mga organosilicon compound ay:
- Ang lumalaban sa mataas na temperatura ay tinutukoy ng uri at laki ng organic radical o iba pang mga grupo na nauugnay sa Si atom. Ang mga tetrasubstituted silanes ay may pinakamataas na thermal stability. Nagsisimula ang kanilang pagkabulok sa temperatura na 650-700 °C. Ang polydimethylsiloxylanes ay nawasak sa temperatura na 300 °C. Ang Tetraethylsilane at hexaethyldisilane ay nabubulok sa matagal na pag-init sa temperatura na 350 ° C,sa kasong ito, 50% ng ethyl radical ay inaalis at ang ethane ay inilabas.
- Ang paglaban sa kemikal sa mga acid, alkali at alkohol ay nakasalalay sa istruktura ng radical, na nauugnay sa silicon atom, at sa buong molekula ng substance. Kaya, ang bono ng carbon na may silikon sa aliphatic substituted esters ay hindi nasisira kapag nalantad sa puro sulfuric acid, habang sa halo-halong alkyl-(aryl)-substituted esters, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang phenyl group ay na-cleaved. Ang mga siloxane bond ay mayroon ding mataas na lakas.
- Ang mga compound ng Organosilicon ay medyo lumalaban sa alkalis. Ang kanilang pagkasira ay nangyayari lamang sa malupit na mga kondisyon. Halimbawa, sa polydimethylsiloxanes, ang cleavage ng mga methyl group ay sinusunod lamang sa mga temperaturang higit sa 200 °C at sa ilalim ng pressure (sa isang autoclave).
Mga katangian ng macromolecular compound
May ilang uri ng macromolecular substance na nakabatay sa silicon:
- monofunctional;
- difunctional;
- trifunctional;
- quadrifunctional.
Pagsasama-sama ng mga compound na ito, makakakuha ka ng:
- disiloxane derivatives, na kadalasang mga likidong compound;
- cyclic polymers (oily liquids);
- elastomer (polymer na may linear na istraktura na binubuo ng ilang sampu-sampung libong monomer at malaking molekular na timbang);
- polymer na may linear na istraktura, kung saan nagtatapos ang mga pangkathinaharangan ng mga organikong radikal (mga langis).
Ang mga resin na may methyl radical sa silicon ratio na 1.2-1.5 ay walang kulay na solid.
Ang mga sumusunod na katangian ay tipikal para sa mga high-molecular na organic na silicon compound:
- heat resistance;
- hydrophobicity (paglaban sa pagtagos ng tubig);
- high dielectric performance;
- pagpapanatili ng palaging halaga ng lagkit sa malawak na hanay ng temperatura;
- katatagan ng kemikal kahit na may mga malalakas na oxidant.
Mga pisikal na katangian ng silanes
Dahil ang mga sangkap na ito ay napakamagkakaiba sa istraktura at komposisyon, itinatakda namin ang aming sarili sa paglalarawan ng mga organosilicon compound ng isa sa mga pinakakaraniwang grupo - silanes.
Monosilane at disilane (SiH4 at Si2H4 ayon sa pagkakabanggit) sa normal Ang mga kondisyon ay mga gas na may hindi kanais-nais na amoy. Sa kawalan ng tubig at oxygen, medyo chemically stable ang mga ito.
Ang Tetrasilane at trisilane ay pabagu-bago ng isip na nakakalason na likido. Ang Pentasilane at hexasilane ay nakakalason din at hindi matatag sa kemikal.
Ang mga sangkap na ito ay mahusay na natutunaw sa mga alkohol, gasolina, carbon disulfide. Ang huling uri ng mga solusyon ay may mataas na panganib sa pagsabog. Ang punto ng pagkatunaw ng mga compound sa itaas ay mula -90 °C (tetrasilane) hanggang -187 °C (trisilane).
Matanggap
Ang pagdaragdag ng mga radical sa Si ay nagpapatuloy sa iba't ibang paraan at depende sa mga katangian ng panimulang materyal at ang mga kondisyon kung saan nangyayari ang synthesis. Ang ilanang mga compound ng silicon na may mga organikong sangkap ay maaari lamang gawin sa ilalim ng malupit na mga kondisyon, habang ang iba ay mas madaling mag-react.
Ang pagkuha ng mga organosilicon compound batay sa silane bond ay isinasagawa sa pamamagitan ng hydrolysis ng alkyl (o aryl)-chloroxysilanes (o alkoxysilanes) na sinusundan ng polycondensation ng silanols. Isang karaniwang reaksyon ang ipinapakita sa figure sa ibaba.
Polycondensation ay maaaring magpatuloy sa tatlong direksyon: sa pagbuo ng mga linear o cyclic compound, na may pagkuha ng mga substance ng isang network o spatial na istraktura. Ang mga cyclic polymer ay may mas mataas na density at lagkit kaysa sa kanilang mga linear na katapat.
Synthesis ng macromolecular compound
Ang mga organikong resin at silicon-based na elastomer ay ginawa ng hydrolysis ng mga monomer. Ang mga produktong hydrolysis ay kasunod na pinainit at ang mga catalyst ay idinagdag. Bilang resulta ng mga pagbabagong kemikal, inilalabas ang tubig (o iba pang mga sangkap) at nabubuo ang mga kumplikadong polimer.
Ang mga compound ng Organosilicon na naglalaman ng oxygen ay mas madaling kapitan ng polymerization kaysa sa kanilang mga katumbas na carbon-based na compound. Ang Silicon, sa kaibahan, ay may kakayahang humawak ng 2 o higit pang mga hydroxyl group. Ang posibilidad ng pagbuo ng mga cross-linked polymer molecule mula sa mga cyclic ay higit sa lahat ay nakasalalay sa laki ng organic radical.
Pagsusuri
Isinasagawa ang pagsusuri ng mga organosilicon compound sa ilang direksyon:
- Pagpapasiya ng mga pisikal na pare-pareho (titik ng pagkatunaw, punto ng kumukulo at iba pang mga katangian).
- Pagsusuri ng husay. Upang makita ang mga compound ng ganitong uri sa mga barnis, langis, at resins, ang sample ng pagsubok ay pinagsama sa sodium carbonate, kinuha sa tubig, at pagkatapos ay ginagamot ng ammonium molybdate at benzidine. Kung mayroong organosilicon, nagiging asul ang sample. May iba pang paraan para matukoy.
- Quantitative analysis. Para sa parehong qualitative at quantitative na pag-aaral ng mga organosilicon compound, ginagamit ang mga pamamaraan ng infrared at emission spectroscopy. Ginagamit din ang iba pang paraan - pagsusuri ng sol-gel, mass spectroscopy, nuclear magnetic resonance.
- Detalyadong pisikal at kemikal na pag-aaral.
Pre-produce ang paghihiwalay at paglilinis ng substance. Para sa mga solidong komposisyon, ang paghihiwalay ng mga compound ay ginagawa batay sa kanilang iba't ibang solubility, boiling point at crystallization. Ang paghihiwalay ng purong kemikal na mga organikong compound ng silikon ay madalas na isinasagawa sa pamamagitan ng fractional distillation. Ang mga likidong phase ay pinaghihiwalay gamit ang isang separating funnel. Para sa mga pinaghalong gas, ang absorption o liquefaction sa mababang temperatura at fractionation ay ginagamit.
Application
Napakalaki ng saklaw ng mga organosilicon compound:
- produksyon ng mga teknikal na likido (lubricating oil, working fluid para sa mga vacuum pump, petroleum jelly, pastes, emulsion, defoamer at iba pa);
- industriya ng kemikal - gamitin bilang mga stabilizer, modifier, catalyst;
- industriya ng pintura at barnis - mga additives para sa paggawa ng heat-resistant, anti-corrosion coatings para sa metal, kongkreto, salamin at iba pang materyales;
- aerospace engineering - press materials, hydraulic fluid, coolant, anti-icing compound;
- electrical engineering - paggawa ng mga resin at barnis, materyales para sa pagprotekta sa mga integrated circuit;
- industriya ng engineering - produksyon ng mga produktong goma, compound, lubricant, sealant, adhesives;
- light industry - mga modifier ng textile fibers, leather, leatherette; mga defoamer;
- industriya ng parmasyutiko - paggawa ng mga materyales para sa prosthetics, immunostimulants, adaptogens, cosmetics.
Ang mga bentahe ng naturang mga sangkap ay kinabibilangan ng katotohanang magagamit ang mga ito sa iba't ibang kondisyon: sa mga tropikal at malamig na klima, sa mataas na presyon at sa vacuum, sa mataas na temperatura at radiation. Ang mga anti-corrosion coatings batay sa mga ito ay pinapatakbo sa hanay ng temperatura mula -60 hanggang +550 °С.
Hayop
Ang paggamit ng mga organosilicon compound sa pag-aalaga ng hayop ay batay sa katotohanan na ang silikon ay aktibong kasangkot sa pagbuo ng mga buto at connective tissues, metabolic process. Ang trace element na ito ay mahalaga para sa paglaki at pag-unlad ng mga alagang hayop.
Bilang palabaspag-aaral, ang pagpapakilala ng mga additives na may mga sangkap na organosilicon sa diyeta ng mga manok at hayop ay nag-aambag sa isang pagtaas sa live na timbang, isang pagbawas sa dami ng namamatay at mga gastos sa feed bawat yunit ng paglaki, isang pagtaas sa metabolismo ng nitrogen, calcium, at phosphorus. Ang paggamit ng mga naturang gamot sa mga baka ay nakakatulong din sa pag-iwas sa mga sakit sa obstetric.
Produksyon sa Russia
Ang nangungunang negosyo sa pagbuo ng mga organosilicon compound sa Russia ay GNIIChTEOS. Ito ay isang pinagsamang sentrong pang-agham na nakikibahagi sa paglikha ng mga pang-industriyang teknolohiya para sa paggawa ng mga compound batay sa silikon, aluminyo, boron, bakal at iba pang mga elemento ng kemikal. Ang mga espesyalista ng organisasyong ito ay bumuo at nagpakilala ng higit sa 400 organosilicon na materyales. Ang kumpanya ay may pilot plant para sa kanilang produksyon.
Gayunpaman, ang Russia sa pandaigdigang dinamika ng pag-unlad ng paggawa ng mga organikong compound batay sa silikon ay mas mababa sa ibang mga bansa. Kaya, sa nakalipas na 20 taon, ang industriya ng Tsino ay nadagdagan ang produksyon ng mga sangkap na ito ng halos 50 beses, at Kanlurang Europa - ng 2 beses. Sa kasalukuyan, ang paggawa ng mga organosilicon compound sa Russia ay isinasagawa sa KZSK-Silicon, JSC Altaimprom, sa Redkinsky Pilot Plant, JSC Khimprom (Chuvash Republic), JSC Silan.
