Silikon bazlı organikler, geniş bir bileşik grubudur. Onlar için ikinci, daha yaygın isim silikonlardır. Organosilisyum bileşiklerinin kapsamı sürekli büyüyor. Astronotikten tıbba kadar insan faaliyetinin neredeyse tüm alanlarında kullanılırlar. Bunları temel alan malzemeler yüksek teknik ve tüketici niteliklerine sahiptir.
Genel konsept
Organosilikon bileşikleri, silikon ve karbon arasında bir bağın olduğu bileşiklerdir. Ayrıca başka ek kimyasal elementler (oksijen, halojenler, hidrojen ve diğerleri) içerebilirler. Bu bağlamda, bu madde grubu, çok çeşitli özellikler ve uygulamalar ile ayırt edilir. Organosilikon bileşiklerin diğer organik bileşiklerden farklı olarak hem elde edildiğinde hem de kullanıldığında daha iyi performans özelliklerine ve insan sağlığı için daha yüksek güvenliğe sahip olması,onlardan yapılmıştır.
Çalışmaları XIX yüzyılda başladı. Silikon tetraklorür ilk sentezlenen maddeydi. Aynı yüzyılın 20'li yıllarından 90'larına kadar olan dönemde, bu türden birçok bileşik elde edildi: silanlar, eterler ve ortosilik asidin sübstitüe edilmiş esterleri, alkilklorosilanlar ve diğerleri. Silikon ve sıradan organik maddelerin bazı özelliklerinin benzerliği, silikon ve karbon bileşiklerinin tamamen aynı olduğu yönünde yanlış bir fikrin oluşmasına yol açmıştır. Rus kimyager D. I. Mendeleev bunun böyle olmadığını kanıtladı. Ayrıca silikon-oksijen bileşiklerinin polimerik bir yapıya sahip olduğunu tespit etti. Bu, oksijen ve karbon arasında bir bağ bulunan organik maddeler için tipik değildir.
Sınıflandırma
Organosilisyum bileşikleri, organik ve organometalik arasında bir ara konuma sahiptir. Bunlar arasında 2 büyük madde grubu ayırt edilir: düşük moleküler ağırlık ve yüksek moleküler ağırlık.
Birinci grupta, silikon hidrojenler başlangıç bileşikleri olarak işlev görür ve geri kalanı onların türevleridir. Bunlar aşağıdaki maddeleri içerir:
- silanlar ve homologları (disilan, trisilan, tetrasilan);
- ikame edilmiş silanlar (bütilsilan, tert-bütilsilan, izobütisilan);
- Ortosilik asit eterleri (tetrametoksisilan, dimetoksidietoksisilan);
- ortosilik asidin haloesterleri (trimetoksiklorosilan, metoksietoksidiklorosilan);
- ortosilik asidin sübstitüe esterleri (metiltrietoksisilan, metilfenildietoksisilan);
- alkil-(aril)-halosilanlar (feniltriklorosilan);
- organosilanlerin hidroksil türevleri(dihidroksidietilsilan, hidroksimetiletilfenilsilan);
- alkil-(aril)-aminosilanlar (diaminometilfenilsilan, metilaminotrimetilsilan);
- alkoksi-(ariloksi)-aminosilanes;
- alkil-(aril)-aminohalosilanlar;
- alkil-(aril)-iminosilanes;
- izosiyanatlar, tiyoizosiyanatlar ve silikon tiyoeterler.
Yüksek moleküler ağırlıklı organosilikon bileşikler
Makromoleküler organik bileşiklerin sınıflandırılmasının temeli, yapısal diyagramı aşağıdaki şekilde gösterilen polimer silikon hidrojendir.
Aşağıdaki maddeler bu gruba aittir:
- alkil-(aril)-polisilanlar;
- organopolialkil-(poliaril)-silanlar;
- poliorganosiloksanlar;
- poliorganoalkilen-(fenilen)-siloksanlar;
- poliorganometallosiloksanlar;
- metaloidsilan zincir polimerleri.
Kimyasal özellikler
Bu maddeler çok çeşitli olduğundan, silikon ve karbon arasındaki bağı karakterize eden genel kalıplar oluşturmak zordur.
Organosilikon bileşiklerinin en karakteristik özellikleri şunlardır:
- Yükseltilmiş sıcaklığa dayanıklılık, Si atomu ile ilişkili organik radikal veya diğer grupların türü ve boyutu ile belirlenir. Tetra sübstitüe silanlar en yüksek termal stabiliteye sahiptir. Ayrışmaları 650-700 °C sıcaklıkta başlar. Polidimetilsiloksilanlar 300 °C sıcaklıkta yok edilir. Tetraetilsilan ve heksaetildisilan, 350 ° C'lik bir sıcaklıkta uzun süre ısıtıldığında ayrışır,bu durumda etil radikalinin %50'si elimine edilir ve etan açığa çıkar.
- Asitlere, alkalilere ve alkollere karşı kimyasal direnç, silikon atomu ile ilişkili olan radikalin ve maddenin tüm molekülünün yapısına bağlıdır. Böylece, alifatik ikameli esterlerde karbonun silikonla bağı, konsantre sülfürik aside maruz bırakıldığında yok olmazken, karışık alkil-(aril)-ikameli esterlerde, aynı koşullar altında fenil grubu parçalanır. Siloksan bağları da yüksek mukavemete sahiptir.
- Organosilikon bileşikleri alkalilere karşı nispeten dirençlidir. Yıkımları sadece zorlu koşullarda gerçekleşir. Örneğin, polidimetilsiloksanlarda, metil gruplarının bölünmesi yalnızca 200 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ve basınç altında (otoklavda) gözlenir.
Makromoleküler bileşiklerin özellikleri
Silikon bazlı makromoleküler maddelerin birkaç türü vardır:
- tek işlevli;
- difonksiyonel;
- üç işlevli;
- dört işlevli.
Bu bileşikleri birleştirerek şunları elde edersiniz:
- en sık sıvı bileşikler olan disiloksan türevleri;
- siklik polimerler (yağlı sıvılar);
- elastomerler (on binlerce monomerden oluşan doğrusal bir yapıya ve büyük bir moleküler ağırlığa sahip polimerler);
- doğrusal yapıya sahip polimerler, uç gruplarınorganik radikaller (yağlar) tarafından bloke edilir.
Mil radikali:silikon oranı 1,2-1,5 olan reçineler renksiz katılardır.
Aşağıdaki özellikler yüksek moleküler organik silikon bileşikleri için tipiktir:
- ısı direnci;
- hidrofobiklik (su penetrasyonuna karşı direnç);
- yüksek dielektrik performansı;
- geniş bir sıcaklık aralığında sabit bir viskozite değerini koruma;
- güçlü oksitleyicilerin varlığında bile kimyasal kararlılık.
Silanların fiziksel özellikleri
Bu maddeler yapı ve bileşim açısından çok heterojen olduklarından, kendimizi en yaygın gruplardan biri olan silanların organosilikon bileşiklerini tanımlamakla sınırlıyoruz.
Monosilan ve disilan (sırasıyla SiH4 ve Si2H4) normal koşullar hoş olmayan bir kokuya sahip gazlardır. Su ve oksijenin yokluğunda kimyasal olarak oldukça kararlıdırlar.
Tetrasilan ve trisilan uçucu toksik sıvılardır. Pentasilan ve hekzasilan da toksiktir ve kimyasal olarak kararsızdır.
Bu maddeler alkollerde, benzinde, karbon disülfidde iyi çözünür. İkinci tip çözeltiler yüksek patlama tehlikesine sahiptir. Yukarıdaki bileşiklerin erime noktası -90 °C (tetrasilan) ile -187 °C (trisilan) arasında değişir.
Al
Si'ye radikallerin eklenmesi farklı şekilde ilerler ve başlangıç malzemesinin özelliklerine ve sentezin gerçekleştiği koşullara bağlıdır. Birazorganik maddelerle silikon bileşikleri yalnızca zorlu koşullar altında yapılabilirken, diğerleri daha kolay tepki verir.
Silan bağlarına dayalı organosilikon bileşiklerinin elde edilmesi, alkil (veya aril)-kloroksisilanların (veya alkoksisilanlar) hidrolizi ve ardından silanollerin polikondensasyonu ile gerçekleştirilir. Aşağıdaki şekilde tipik bir reaksiyon gösterilmektedir.
Polikondenzasyon üç yönde ilerleyebilir: lineer veya döngüsel bileşiklerin oluşumuyla, bir ağ veya uzaysal yapının maddelerinin elde edilmesiyle. Döngüsel polimerler, doğrusal emsallerinden daha yüksek bir yoğunluğa ve viskoziteye sahiptir.
Makromoleküler bileşiklerin sentezi
Organik reçineler ve silikon bazlı elastomerler, monomerlerin hidrolizi ile üretilir. Hidroliz ürünleri daha sonra ısıtılır ve katalizörler eklenir. Kimyasal dönüşümler sonucunda su (veya diğer maddeler) açığa çıkar ve kompleks polimerler oluşur.
Oksijen içeren organosilikon bileşikleri, karşılık gelen karbon bazlı bileşiklere göre polimerizasyona daha yatkındır. Silikon, aksine, 2 veya daha fazla hidroksil grubu tutabilir. Döngüsel olanlardan çapraz bağlı polimer molekülleri oluşturma olasılığı, esas olarak organik radikalin boyutuna bağlıdır.
Analiz
Organosilisyum bileşiklerinin analizi birkaç yönde gerçekleştirilir:
- Fiziksel sabitlerin belirlenmesi (erime noktası, kaynama noktası ve diğer özellikler).
- Nitel analiz. Verniklerde, yağlarda ve reçinelerde bu tip bileşikleri tespit etmek için test numunesi sodyum karbonat ile kaynaştırılır, su ile ekstrakte edilir ve daha sonra amonyum molibdat ve benzidin ile işlenir. Organosilikon varsa numune maviye döner. Algılamanın başka yolları da var.
- Kantitatif analiz. Organosilisyum bileşiklerinin hem kalitatif hem de kantitatif çalışmaları için kızılötesi ve emisyon spektroskopisi yöntemleri kullanılır. Diğer yöntemler de kullanılır - sol-jel analizi, kütle spektroskopisi, nükleer manyetik rezonans.
- Ayrıntılı fiziksel ve kimyasal çalışma.
Maddenin izolasyonunu ve saflaştırılmasını önceden üretin. Katı bileşimler için bileşiklerin ayrılması, farklı çözünürlükleri, kaynama noktaları ve kristalleşmeleri temelinde yapılır. Kimyasal olarak saf organik silikon bileşiklerinin izolasyonu genellikle fraksiyonel damıtma ile gerçekleştirilir. Sıvı fazlar bir ayırma hunisi kullanılarak ayrılır. Gaz karışımları için düşük sıcaklıklarda absorpsiyon veya sıvılaştırma ve fraksiyonlama kullanılır.
Uygulama
Organosilikon bileşiklerinin kapsamı çok geniştir:
- teknik sıvıların üretimi (yağlama yağları, vakum pompaları için çalışma sıvıları, vazelin, macunlar, emülsiyonlar, köpük kesiciler ve diğerleri);
- kimya endüstrisi - stabilizatör, değiştirici, katalizör olarak kullanın;
- boya ve vernik endüstrisi - metal, beton, cam ve diğer malzemeler için ısıya dayanıklı, korozyon önleyici kaplamaların üretimi için katkı maddeleri;
- havacılık mühendisliği - pres malzemeleri, hidrolik sıvılar, soğutucular, buzlanma önleyici bileşikler;
- elektrik mühendisliği - reçine ve vernik üretimi, entegre devreleri korumak için malzemeler;
- mühendislik endüstrisi - kauçuk ürünleri, bileşikler, yağlayıcılar, sızdırmazlık ürünleri, yapıştırıcılar üretimi;
- hafif sanayi - tekstil lifleri, deri, suni deri değiştiriciler; köpük kesiciler;
- ilaç endüstrisi - protezler, bağışıklık uyarıcılar, adaptojenler, kozmetikler için malzeme üretimi.
Bu tür maddelerin avantajları, çeşitli koşullarda kullanılabilmelerini içerir: tropikal ve soğuk iklimlerde, yüksek basınçta ve vakumda, yüksek sıcaklık ve radyasyonda. Bunlara dayalı korozyon önleyici kaplamalar, -60 ila +550 °С sıcaklık aralığında çalıştırılır.
Hayvancılık
Organosilikon bileşiklerinin hayvancılıkta kullanılması, silikonun kemiklerin ve bağ dokularının oluşumunda, metabolik süreçlerde aktif olarak yer aldığı gerçeğine dayanmaktadır. Bu eser element, evcil hayvanların büyümesi ve gelişmesi için hayati öneme sahiptir.
Gösterildiği gibiAraştırmalara göre, organosilikon maddeler içeren katkı maddelerinin kümes hayvanları ve çiftlik hayvanlarının diyetine dahil edilmesi, canlı ağırlıkta bir artışa, ölüm oranında bir azalmaya ve büyüme birimi başına yem maliyetlerine, azot, kalsiyum ve fosfor metabolizmasında bir artışa katkıda bulunur. Bu tür ilaçların ineklerde kullanılması da obstetrik hastalıkların önlenmesine yardımcı olur.
Rusya'da Üretim
Rusya'da organosilikon bileşiklerinin geliştirilmesinde lider kuruluş GNIIChTEOS'tur. Bu, silikon, alüminyum, bor, demir ve diğer kimyasal elementlere dayalı bileşiklerin üretimi için endüstriyel teknolojilerin yaratılmasıyla uğraşan entegre bir bilim merkezidir. Bu organizasyonun uzmanları 400'den fazla organosilikon malzeme geliştirdi ve tanıttı. Şirketin üretimi için bir pilot tesisi var.
Ancak, Rusya, silikon bazlı organik bileşiklerin üretiminin gelişiminin küresel dinamiklerinde diğer ülkelerden çok daha düşüktür. Böylece, son 20 yılda Çin endüstrisi bu maddelerin üretimini neredeyse 50 kat ve Batı Avrupa'yı 2 kat artırdı. Şu anda, Rusya'da organosilikon bileşiklerinin üretimi, KZSK-Silicon, JSC Altaihimprom'da, Redkinsky Pilot Fabrikası, JSC Khimprom (Çuvaş Cumhuriyeti), JSC Silan'da gerçekleştirilmektedir.
