¿Qué son los polímeros inorgánicos?

Qué son los polímeros inorgánicos?

La mayoría de estos polímeros que conocemos son materiales orgánicos. Esto quiere decir que sus largas cadenas principales poliméricas consisten principalmente en átomos de carbono unidos entre sí con enlaces covalentes. Polímeros cuyas cadenas principales estaban constituidas mayormente (o exclusivamente) por átomos de carbono. Se constituyen de una estructura de red gigante en 3D o 2D compuesta por un número de enlaces covalentes pero con una ausencia o casi ausencia de unidades de hidrocarburo en la estructura molecular principal. Estos reciben el nombre de polímeros orgánicos. Pero ahora vamos a dejar de lado la convención, para hablar de algunos polímeros que no poseen átomos de carbono en su cadena principal. Se llaman, obviamente, polímeros inorgánicos.

Los polímeros inorgánicos son :

Siliconas
Boratos
Polisilanos
Poligermanos
Poliestannanos
Polifosfacenos

Con la excepción de las siliconas y un reducido grupo de plásticos de fosfonitrilo, muy pocos plásticos han alcanzado una importancia comercial.

Los polímeros inorgánicos son polímeros con una estructura que no incluye átomos de carbono en su columna vertebral. Se constituyen de una estructura de red gigante en 3D o 2D compuesta por un número de enlaces covalentes pero con una ausencia o casi ausencia de unidades de hidrocarburo en la estructura molecular principal.Los polímeros inorgánicos se pueden clasificar como:

Polímeros totalmente inorgánicos
Polímeros inorgánicos-orgánicos
Polímeros organometálicos
Polímeros híbridos orgánico-inorgánicos

En los polímeros inorgánicos pueden existir cadenas laterales con grupos orgánicos, hablándose a veces de ellos como polímeros semiorgánicos. Los polímeros que contienen componentes inorgánicos y orgánicos a veces se denominan polímeros híbridos, y la mayoría de los denominados polímeros inorgánicos son polímeros híbridos. Uno de los ejemplos más conocidos es el polidimetilsiloxano, también conocido comúnmente como hule de silicona. Los polímeros inorgánicos ofrecen algunas propiedades que no se encuentran en los materiales orgánicos, incluida la flexibilidad a baja temperatura, la conductividad eléctrica y la no flamabilidad. Los polímeros inorgánicos se centran en polímeros unidimensionales, materiales no muy reticulados como los minerales de silicato. Muchos polímeros de estructura orgánica reaccionan con oxígeno y ozono durante un largo período de tiempo y pierden sus propiedades.

¿Qué ventajas tienen los polímeros inorgánicos sobre los orgánicos?

Los polímeros inorgánicos no se queman mientras la mayoría de los polímeros orgánicos se queman, a menudo con la emisión de humo tóxico, no se degradan a la radiacion mientras muchos polímeros orgánicos se degradan cuando se exponen a la radiación ultravioleta o gamma. No reblandecen a temperatura baja , y no se hinchan se disuelven en solventes orgánicos, aceites o fluidos hidráulicos. Los elementos inorgánicos pueden tener diferentes valencias que el carbono, y esto significa que el número de grupos laterales unidos a una columna vertebral puede ser diferente al de un polímero orgánico. Esto afecta la flexibilidad de la macromolécula, su capacidad de reaccionar con reactivos químicos, su estabilidad a altas temperaturas, y sus interacciones con solventes y con otras moléculas de polímero. La cadena principal de polifosfacenos y polisiloxano son muy flexible, al igual que la cadena principal que los elastómeros. Los enlaces formados entre elementos inorgánicos a menudo son más largos, más fuertes y más resistentes a las reacciones de ruptura por radicales libres que los enlaces formados por carbono.

Clasificación

Para los polímeros inorgánicos se están determinando sus nuevas características, por lo que aún no se ha desarrollado una clasificación clara de estos materiales. Sin embargo, puede seleccionar ciertos grupos de polímeros.

Dependiendo de la estructura:

lineal
plano
ramificado
malla polimérica;
Tridimensional y otros

Dependiendo de los átomos de la cadena principal que forma el polímero:

homochain type (-M-) n - consiste en un tipo de átomos;
hetero-tipo (-M-L-) n - consisten en varias clases de átomos

Dependiendo del origen:

natural
artificial

Para referirse a los polímeros inorgánicos,que en estado sólido son macromoléculas, también es necesario que tengan una cierta anisotropía de la estructura espacial y las propiedades correspondientes.

Características principales

Más comunes son heteropolímeros en los que tiene lugar la alternancia de átomos electropositivos y electronegativos, por ejemplo, B y N, P y N, Si y O. Los polímeros inorgánicos de heterocadena (NP) se pueden obtener mediante reacciones de policondensación. La policondensación de oxoaniones se acelera en un ambiente ácido, y la policondensación de cationes hidratados en un ambiente alcalino. La policondensación puede llevarse a cabo tanto en solución como en sólidos en presencia de alta temperatura. Muchos de los polímeros inorgánicos de cadena heterosolo se puede obtener en condiciones de síntesis a alta temperatura, por ejemplo, directamente de sustancias simples. La formación de carburos, que son cuerpos poliméricos, ocurre durante la interacción de algunos óxidos con carbono, así como en presencia de altas temperaturas. Las largas cadenas de homocadena (con grado de polimerización n> 100) forman carbono y elementos p del grupo VI: azufre, selenio, teluro.

Aplicaciones

La especificidad de los polímeros inorgánicos de heterocadena (NP) es la formación de polímero con cuerpos cristalinos con una estructura tridimensional regular de macromoléculas, tiene excepcional resistencia química y térmica. La presencia de un marco rígido de enlaces químicos proporciona a dichos compuestos una dureza significativa. Esta propiedad permite el uso de polímeros inorgánicos como materiales abrasivos. Se puede utilizar en fibras de refuerzo hechas de polímeros orgánicos son estables en el aire a una temperatura de 150-220°C.

Polisiloxanos (siliconas)

Los polisiloxanos son cadenas, anillos, escaleras y polímeros de red 3D que contienen enlaces siloxano (Si-O-Si) en la columna vertebral. Los polisiloxanos de cadena están compuestos de unidades difuncionales. Los grupos de encuadre (R) son restos H o orgánicos y los grupos finales son generalmente OR o una unidad de siloxilo monofuncional. Los polisiloxanos de cadena como los poli (dimetilsiloxanos) se sintetizan por hidrólisis de diclorodimetilsilano.

Polisilanos

Los polisilanos son cadenas, anillos y polímeros de silicio en red 3D de silicio que contienen el enlace Si-Si en la cadena principal del polímero. La tetravalencia del silicio generalmente se completa con H o grupos orgánicos. La unidad estructural básica de un polisilano. Existen varios métodos de síntesis de polisilano: acoplamiento reductor o Wurtz, acoplamiento deshidrogenativo, polimerización por apertura de anillo de oligómeros de silano cíclicos, apertura por anillo de organodisilanos cíclicos y polimerización de sililenos.

Polisilazanos

Los polisilazanos son otra clase importante de polímeros, que contienen silicio unido al nitrógeno. Existen varios métodos de síntesis de polisilazano. Estos incluyen la reacción de halosilanos (p. Ej., RR'SiX2) con amoníaco o aminas, polimerización de apertura de anillo de ciclosilazano, polimerización catalítica de desacoplamiento catalítico y desaminación y condensación de bis- y tris-alquilaminosilanos.

Poligermanos y Poliestannanos

Poligermanes, (R2Ge)n, y poliestannanos, (R2Sn)n, se sintetizan de manera comparable a los polisilanos y tienen propiedades físicas similares. Al igual que los polisilanos, (R2Ge) n y (R2Sn) n con R = hexilo u octilo son fuertemente termocrómicos. El primero exhibe un desplazamiento hacia el rojo (20 nm) y el segundo exhibe un desplazamiento hacia el azul (8 nm) en relación con polisilanos análogos. Estos polímeros también tienen conductividad σ mejorada.

Polímeros de boro

Los polímeros inorgánicos de boro (-BR-) son una clase bastante amplia de polímeros inorgánicos de heterocadena (NP) , ampliamente utilizada en la industria. Por ejemplo el carburo de boro tiene una celda unitaria romboédrica con fórmula (B12C3)n. Está formado por doce átomos de boro unidos covalentemente y en el medio hay un grupo lineal de tres átomos de carbono unidos covalentemente. El resultado es una construcción muy robusta. La fibra de boro y sus derivados permanecen estables hasta una temperatura de 650°C. Es por eso que los polímeros inorgánicos son prometedores para la creación de nuevos materiales químicamente y resistentes al calor. Al mismo tiempo, ambos se están acercando a lo orgánico en sus propiedades y conservando sus propiedades específicas.

Polímeros de boro-hidrógeno: polibranos

Los polímeros que contienen boro se pueden clasificar en dos categorías: polímeros homoatómicos que son aniónicos o neutros y polímeros heteroátomos que contienen boro con carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo u otros elementos. Este último puede ser neutro o iónico. Un polímero homoatómico simple de boro es [BF] n, que presumiblemente contiene unidades repetitivas de BF con enlaces B-B en el esqueleto. [BF] n se prepara a partir de boro elemental y BF3 a alta temperatura. El polímero es un elastómero. Sin embargo, debido a su piroforicidad y sensibilidad a la humedad, no se ha caracterizado completamente. Los oligómeros de boro que contienen B-H (poliboranos) son interesantes debido a sus enlaces covalentes multicéntricos "no clásicos" y sus inusuales estructuras en forma de red (aracno), nido (nido) y cagelike (closo). Las estructuras de algunos poliboranos neutros con fórmulas BnHn + 4 (n = 5, 6, 10, 16, 18) y BnHn + 6 (n = 4, 5, 10) y varios poliboranos aniónicos (B6H2−6, B12H2−12, y B18H2−20). Aunque estos oligómeros de racimo inusuales tienen estructuras fascinantes y una unión notable, las dificultades encontradas en la síntesis y purificación a gran escala, junto con su inestabilidad hidrolítica, han inhibido la comercialización.

Nitruro de boro

El nitruro de boro a menudo se le llama polvo de talco blanco por similitudes. Esta similitud es realmente solo externa. Estructuralmente, es similar al grafito. Consíguelo calentando el boro o su óxido en una atmósfera de amoníaco.

Polímeros inorgánicos de azufre

Homopolímero: esta modificación de azufre tiene una molécula lineal , no es estable; ante las fluctuaciones de temperatura se descompone en ciclos octaédricos. Se forma por fuerte enfriamiento de la masa fundida de azufre. La modificación polimérica del dióxido de azufre tiene una estructura fibrosa muy similar al asbesto.

Polímeros de selenio

El selenio gris es un polímero con molecula espiral lineal. Los átomos de selenio están unidos covalentemente, y las macromoléculas están unidas por enlaces moleculares. Incluso el selenio fundido o disuelto no se descompone en átomos individuales. El selenio rojo o amorfo también es una cadena polimérica, pero tiene una estructura desordenada. En el rango de temperatura de 70-90°C, adquiere propiedades similares al caucho, convirtiéndose en un estado altamente elástico, que recuerda a los polímeros orgánicos. El selenio monoclínico está más ordenado que el rojo amorfo, pero inferior al gris. El dióxido de selenio, o (SiO2) n - es un polímero de red tridimensional. El asbesto es un polímero de óxido de selenio de estructura fibrosa.

Polímeros de fósforo

Hay muchas modificaciones de fósforo: blanco, rojo, negro, marrón, morado. El fosforo rojo tiene una estructura cristalina fina. Se obtiene calentando fósforo blanco sin aire a una temperatura de 2500°C. El fósforo negro se obtiene con alta presión de 200,000 atmósferas a una temperatura de 200°C.

Cloruros de fosforonitruro

Compuestos de fósforo con nitrógenoy cloro. Las propiedades de estas sustancias cambian con el aumento de la masa. Es decir, su solubilidad en sustancias orgánicas disminuye cuando el peso molecular del polímero alcanza varios miles de unidades y se forma una sustancia gomosa. Este es el único caucho sin carbono suficientemente resistente al calor. Solo se descompone a temperaturas superiore a 350°C.

Poli (carbofosfenceno) y Poli (tiofosfenceno)

La columna vertebral de la cadena de polifosfenceno puede modificarse mediante la inserción de heteroátomos como el carbono [poli (carbofosfenceno)] o el azufre [poli (tiofosfenceno)]. Estos polímeros se obtienen calentando los análogos heterocíclicos del trímero que se preparan mediante una reacción de condensación 3 + 3

Policarbosilanos

Los policarbosilanos son polímeros que contienen silicio unido al carbono en la columna vertebral. Generalmente se preparan por termólisis de polisilanos, apertura catalítica de anillos de carbosilanos cíclicos o redistribución catalítica de una mezcla de metilclorodisilanos. En estas reacciones, el grupo metileno se inserta en el enlace de silicio. Los mecanismos de reacción son complejos y a veces conducen a la reticulación a través del carbono. El MW de policarbosilanos no reticulados preparados por estos métodos es relativamente bajo (<8000).

Polímeros que contiene aluminio

El aluminio forma oligómeros de heteroátomos y polímeros principalmente con oxígeno y nitrógeno. Los polímeros de Al O están formados por (1) hidrólisis de alanos multifuncionales (RnAlX3 − n, n = 0, 1; R = orgánico; X = Cl, OR) para dar poli (organoaloxano)s o la reacción de trialquil- o trialcoxialanos con ácidos orgánicos para dar poli (aciloxialoxano)s.

Polímeros que contienen estaño

Los polstannanos como análogos a los polisilanos se mencionaron anteriormente. También hay una serie de polímeros heteroatómicos de estaño en los que el estaño es parte o está pendiente de la cadena principal del polímero. Ejemplos de los primeros son SnIIX2 (X = Cl, OCH3), que tiene una estructura de cadena extendida de Sn de tres coordenadas con dos unidades X en la cadena, y (CH3) 3SnIVY (Y = F, azida), que es un fuerte polímero asociado de Sn de cinco coordenadas con unidades Y que forman puentes entre restos de estaño.

Polímeros inorganicos con metales de transición

Existen numerosos ejemplos de polímeros inorgánicos con elementos de transición. Estos polímeros tienen el metal como parte integral o colgante del esqueleto del polímero. Generalmente, el metal está unido a un ligando (L) por uno o más enlaces covalentes σ-coordinados (M ← L) a través de heteroátomos como O, N, P o S en L. El polímero surge conectando unidades metálicas a través de los ligandos . Ejemplos de ligandos de coordinación son compuestos quelantes polidentados como porfirinas, ftalocianinas, fosfinatos, β-dicetonas, dioximas, bases de Schiff y éteres corona. Varios polímeros de coordinación con diferentes ligandos. Vale la pena señalar dos casos interesantes:

Los polímeros de poli (metaloftalocianina) (shish kebab) en los que M = Si, Ge, Sn o Ni. Estos polímeros están formados por unidades planas de ftalocianina con los átomos de N tetracoordinados a M. Los macrociclos se apilan unidimensionalmente a través de enlaces metaloxi. Los materiales se preparan por deshidratación del dihidróxido de metaloftalocianina. Se conocen polímeros similares con S, Se y Te como átomos puente y son solubles en ácidos fuertes. Además, tienen propiedades dinámicas-mecánicas favorables comparables a las poliamidas. Si se dopa con yodo, los polímeros shish kebab exhiben un comportamiento magnético, electrónico y óptico potencialmente útil.
El cable fotónico molecular compuesto por una cadena de zinc-porfirina con un grupo de dipirometano de boro en un extremo y una base libre de profirina en el otro extremo.

Este oligómero es fotocrómico y absorbe luz azul-verde en el boro y emite luz roja en el sitio no complejado. Dichas macromoléculas tienen potencial como cables moleculares en dispositivos moleculares. Un método general de preparación de polímeros de coordinación implica la reacción del metal libre, la sal metálica o el complejo metálico con un ligando polidentado. Por ejemplo, la reacción del acetato de níquel con bis (1,2-dioxima) da un polímero con tetracoordinación de los átomos de nitrógeno del ligando con níquel. También son posibles los polímeros que contienen metales con dos o más átomos diferentes del ligando unido al metal.

Polímeros inorgánicos

Ágata, Alúmina, Óxido de aluminio, Amosita, Anfíboles, Anortita, Antofilita, Selenuro de arsénico, Sulfuro de arsénico, Asbesto, Berlinita, Óxido de berilio, Boehmita, Nitruro de boro, Óxidos de boro, Fosfato de boro, Calcita, Negro de carbono, Fosfato de cerio, Chabazita, Calcedonia, Calcógenos, Chert, Calcotiledónea Hormigón coesita, cristobalita, crocidolita, diamante, dickita edingtonita, enstatita, epistilbita, faujasita, feldespato, pedernal, granate de tierra de Fuller, seleniuro de germanio, Gibbsita, gafas (muchos tipos), grafito, helondita de haloisita, hiddenita, mogolita, jasperita, caolinita Keatita, Mesolita, Mica, Montasita, Montmorillonita, Mordenita, Moscovita, Nacrita, Natrolita, Oxinitruro de Fósforo Polifosfatos (muchos), Polifosfencenos, Polisilicatos (muchos), Polisulfuro (azufre polimérico), Pirofilita, Pyroxmangita, Serpent, Cuarzo, Serpent, Cuarzo, Serpent, Cuarzo, Serpent, Cuarzo, Serpent, Quartz Silicio, (muchos), carburo de silicio, Spodumene, Stilbite, Stishorite, Nitruro de azufre, Talco, Thoms onita, titanio, tremolita, tridimita, valentinita, vermiculita, wollastonita, xonotlita, ziolitas, zirconia.