НЕОРГАНИ́ЧЕСКИЕ ПОЛИМЕ́РЫ

НЕОРГАНИ́ЧЕСКИЕ ПОЛИМЕ́РЫ, при­род­ные и син­те­тич. вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ные со­еди­не­ния, не со­дер­жа­щие уг­ле­во­до­род­ных групп. За­ко­но­мер­но­сти по­ве­де­ния Н. п., как и ор­га­нич. по­ли­ме­ров, обу­слов­ле­ны их цеп­ным строе­ни­ем, про­стран­ствен­ной струк­ту­рой, мо­ле­ку­ляр­ной мас­сой и оп­ре­де­ля­ют­ся элек­трон­ной струк­ту­рой со­став­ляю­щих их ато­мов, ко­то­рые мо­гут об­ра­зо­вы­вать ко­ва­лент­ные, ион­ные, ко­ор­ди­на­ци­он­ные и ме­тал­лич. свя­зи.

Н. п. при­род­но­го про­ис­хо­ж­де­ния со­став­ля­ют до 80% мас­сы зем­ной ко­ры; в за­ви­си­мо­сти от со­ста­ва осн. це­пи под­раз­де­ля­ют­ся на го­мо­цеп­ные – мо­но­эле­мент­ные ($\ce{C_{n}, B_{n}, Si_{n}, Ge_{n}}$, cерое $\ce{Sn_{n}, P_{n}, As_{n}, Sb_{n}, Bi_{n}, S_{n}, Se_{n}, Te_{n}}$) и ге­те­ро­цеп­ные: по­ли­ок­си­ды (си­ли­ка­ты, бо­ра­ты, фос­фа­ты, алю­ми­на­ты и др.), кар­би­ды ($\ce{SiC, MoC, WC}$ и др.), бо­ри­ды ме­тал­лов ($\ce{MB, MB2, MB6}$), нит­ри­ды ($\ce{BN, AlN}$ и др.), суль­фи­ды ($\ce{FeS, PbS, SiS2}$ и др.), си­ли­ци­ды ($\ce{TiSi, NiSi2, ZrSi2}$ и др.), халь­ко­ге­ни­ды – по­ли­ме­ры на ос­но­ве $\ce{Se, Te, S, As}$ ($\ce{As2Se3, Sb2S3}$ и др.). К син­тетич. Н. п. от­но­сят­ся по­лиф­то­руг­ле­ро­ды $(\ce{C2F4})_n$, по­ли­кар­бо­циа­ны $(\ce{CN})_n$, по­ли­фос­фо­нит­ри­лы (по­ли­фос­фа­зе­ны – по­ли­фос­фо­нит­рил­хло­рид $[\ce{NPCl2}]_n$ и др.), по­ли­суль­фо­нит­ри­ды $(\ce{SO2N})_n$, по­ли­тиа­зи­лы $(\ce{SN})_n$ и др.

Н. п. об­ра­зу­ют раз­но­об­раз­ные про­стран­ст­вен­ные струк­ту­ры: ли­ней­ные $1\text D$ ($\ce{S_{n}, Se_{n}, Te_{n}, Bi2O3, BS2}$, по­ли­суль­фо­нит­ри­ды, по­лиф­то­руг­ле­ро­ды и др.), лен­точ­ные ($\ce{Sb2O3, As2O3, Si4O11, As2S3}$), раз­ветв­лён­ные ($\ce{B2O3}$), пла­нар­ные $2\text D$, трёх­мер­но хи­ми­че­ски свя­зан­ные $3\text D$ (по­ли­ок­си­ды, $\ce{MB6}$) це­пи, сфе­рич. мак­ро­мо­ле­ку­лы (фул­ле­ре­ны), од­но- и мно­го­слой­ные труб­ки (уг­ле­род­ные, $\ce{BN}$ и др.), хи­ми­че­ски свя­зан­ные в трёх из­ме­ре­ни­ях ико­са­эд­ры ($\ce{B_{n}}$).

Н. п. прак­ти­че­ски всех клас­сов об­ла­да­ют $2\text D$-струк­ту­ра­ми: по­ли­ок­си­ды ($\ce{Nb2O5, MoO2}$ и др.), бо­ри­ды ($\ce{MB2}$), нит­ри­ды ($\ce{BN}$ и др.), суль­фи­ды ($\ce{MoS2, TiS2}$ и др.), халь­ко­ге­ни­ды ($\ce{As2S3}$ и др.), си­ли­ци­ды ($\ce{CaSi2}$). Слои $2\text D$-по­ли­ме­ра мо­гут со­сто­ять из еди­ной мак­ро­мо­ле­ку­лы (гра­фит, $\ce{BN}$, као­ли­нит, слю­ды, тальк и др.), ас­со­циа­тов ко­рот­ких оли­го­мер­ных це­пей (бё­мит, $\ce{SiS2}$), ато­мов од­но­го ти­па ($\ce{MgB2, CaSiO2, Bi2Ti3, Al2O3}$). Рас­стоя­ние ме­ж­ду слоя­ми со­став­ля­ет от 0,23 нм (бо­ри­ды) до 0,72–1,00 нм (као­ли­нит, тальк, слю­ды). Вве­де­ние в меж­слое­вое про­стран­ст­во (ин­тер­ка­ли­ро­ва­ние) ато­мов, ио­нов или мо­ле­кул др. веще­ст­ва ме­ня­ет ха­рак­те­ри­сти­ки Н. п., при­да­вая им ка­та­ли­тич., элек­тро­фи­зич. и др. свой­ст­ва. Не­ко­то­рые Н. п. об­ра­зуют ал­ло­троп­ные $2\text D$- и $3\text D$-фор­мы. Напр.: $\ce{C_{n}}$ – ал­маз, гра­фит, фул­ле­ре­ны; $\ce{BN}$ – гра­фи­то­по­доб­ный $α$-$\ce{BN}$, ал­ма­зо­по­доб­ный $β$-$\ce{BN}$ – бо­ра­зон, ме­та­ста­биль­ный $γ$-$\ce{BN}$. Энер­ге­ти­че­ски бо­лее вы­год­на $2\text D$-фор­ма.

Н. п. мо­гут на­хо­дить­ся в кри­стал­лич. и стек­ло­об­раз­ном со­стоя­ни­ях, а так­же вклю­чать обе фа­зы. Про­цес­сы раз­мяг­че­ния опи­сы­ва­ют­ся темп-ра­ми плав­ле­ния ($T_{пл}$), стек­ло­ва­ния ($T_{с}$), раз­мяг­че­ния ($T_{р}$). Для Н. п. вы­пол­ня­ют­ся со­отно­ше­ния: $T_{с}$ со­став­ля­ет ок. $0,7T_{пл}$ (в кель­ви­нах), а $T_{р}$ вы­ше $T_{с}$ на 30–60 °С. Темп-ры раз­мяг­че­ния Н. п. в осн. ле­жат в пре­де­лах от –30 °С до 2000 °С, од­на­ко эла­сто­ме­ры (кау­чу­ки) при­род­ных Н. п. прак­ти­че­ски не встре­ча­ют­ся; са­мые низ­кие зна­че­ния $T_{с}$ для аморф­ной фа­зы $\ce{S_{n}}$ и $\ce{SeS}$ (–30 и –20 °С). Син­те­тич. эла­сто­ме­ры име­ют бо­лее низ­кие зна­че­ния $T_{с}$ (–118 °С для по­ли­тио­кар­бо­нил­фто­ри­да $[\ce{CF2S}]_n$), од­на­ко яв­ля­ют­ся хи­ми­че­ски не­ус­той­чи­вы­ми.

Плав­ле­ние $2\text D$- и $3\text D$-форм Н. п. со­про­во­ж­да­ет­ся де­ст­рук­ци­ей хи­мич. свя­зей с об­ра­зо­ва­ни­ем ли­ней­ных и раз­ветв­лён­ных це­пей с мень­ши­ми темп-ра­ми плав­ле­ния, чем ис­ход­ный по­ли­мер. Плав­ле­ние ли­ней­ных по­ли­ме­ров свя­за­но с раз­ру­ше­ни­ем бо­лее сла­бых меж­мо­ле­ку­ляр­ных свя­зей ме­ж­ду це­пя­ми, по­это­му $T_{р}$ ли­ней­ных Н. п. су­ще­ст­вен­но ни­же. В не­ко­то­рых слу­ча­ях внутр. энер­гия взаи­мо­дей­ст­вий в Н. п. столь вы­со­ка, что их де­ст­рук­ция про­ис­хо­дит рань­ше, чем плав­ле­ние.

Темп-ры плав­ле­ния по­ли­ок­си­дов 250–1600 °С, си­ли­ци­дов 1540–2400 °С, бо­ридов 1960–3080 °С, нит­ри­дов 1900–3300 °С, кар­би­дов 2700–3890 °С. Наи­бо­лее ту­го­плав­ким Н. п. яв­ля­ют­ся $\text{HfC}$ ($T_{пл}$ 3890 °С); сплав 75% TaC и 25% $\text{HfC}$ име­ет $T_{пл}$ ок. 4200 °С.

Ме­ха­нич. свой­ст­ва Н. п. варь­и­ру­ют­ся в ши­ро­ких пре­де­лах: проч­ность на сжа­тие дос­ти­га­ет 4,6 ГПа, на из­гиб 150–450 МПа, на рас­тя­же­ние до 300 МПа. Ряд твёр­до­сти Н. п.: ал­маз, нит­рид бо­ра, ок­сид алю­ми­ния (ко­рунд), ок­сид крем­ния (кварц), гипс, тальк.

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ные при­род­ные Н. п. – по­ли­ок­си­ды. Яв­ля­ют­ся ком­по­нен­та­ми глин, це­мен­тов, ки­сло­род­ной ке­ра­ми­ки. Ха­рак­те­ри­зу­ют­ся не­го­рю­че­стью, хи­мич., тер­мич. и ра­ди­ац. ста­биль­но­стью, низ­кой уп­ру­го­стью па­ров рас­пла­вов, мяг­ки­ми ус­ло­вия­ми син­те­за, эко­ло­гич. безо­пас­но­стью. Хи­мич. мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние ор­га­нич. со­еди­не­ния­ми с по­лу­че­ни­ем гиб­рид­ных по­ли­ме­ров по­зво­ля­ет синтезировать по­ли­ме­ры с мень­ши­ми темп-ра­ми раз­мяг­че­ния и из­ме­нять их свой­ст­ва. По­ли­ок­си­ды при­ме­ня­ют­ся в оп­ти­ке, строи­тель­ст­ве, бы­ту.

Кар­би­ды, бо­ри­ды, нит­ри­ды, си­ли­ци­ды ис­поль­зу­ют­ся как тер­мо­стой­кие ма­те­риа­лы. Халь­ко­ге­ни­ды на­хо­дят при­ме­не­ние в ка­че­ст­ве по­лу­про­вод­ни­ков. Из Н. п. по­лу­ча­ют во­лок­на ($\ce{C, B, Al2O3, SiC}$, ба­зальт и др.) и во­лок­ни­стые ма­те­риа­лы (си­ли­ка­ты, као­лин, слю­да и др.), ши­ро­ко при­ме­няе­мые в ком­по­зиц. и стро­ит. ма­те­риа­лах. Ряд Н. п., по­лу­чае­мых в ви­де низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных рас­тво­ри­мых в во­де по­ли­ме­ров (напр., си­ли­ка­ты на­трия – жид­кое стек­ло, алю­мо­фос­фа­ты), ис­поль­зу­ет­ся в строи­тель­ст­ве и бы­ту. Мо­но­эле­мент­ные Н. п. на­хо­дят при­ме­не­ние в элек­тро­ни­ке, бы­ту, как кон­ст­рукц. ма­те­риа­лы.

Син­те­тич. Н. п., не­смот­ря на ряд не­обыч­ных свойств, не на­шли ши­ро­ко­го при­ме­не­ния вви­ду не­дос­та­точ­ной хи­мич. и тер­мич. ста­биль­но­сти; ис­клю­че­ние – по­лиф­то­руг­ле­ро­ды (об их при­ме­не­нии см. в ст. Теф­лон).