курсовая (Автосохраненный). Синтез новых веществ с уникальными свойствами
 Скачать 315.51 Kb.
|
|
Глава 3. Практическое значение новых материалов Наряду с давно известными используемыми материалами технический прогресс производства требует создания новых материалов, обладающих уникальными свойствами. Кроме того, в связи с истощением природных ресурсов возникает необходимость в замене старых, традиционных материалов новыми и более доступными. Современные технологии позволяют производить множество разнообразных высококачественных материалов, однако проблема создания новых материалов с лучшими свойствами остается актуальной и по сей день. В последние десятилетия синтезированы материалы, обладающие удивительными свойствами, например, материалы тепловых экранов для космических аппаратов, высокотемпературные сверхпроводники и т. п. Вряд ли можно перечислить все виды современных материалов. С течением времени их число постоянно возрастает. Рассмотрим некоторые из них [12, с. 178]. 1. Полимерные материалы. Полимеры построены из макромолекул, состоящих из многочисленных малых основных молекул — мономеров. Изменяя структуру молекул и их разнообразные комбинации, можно синтезировать пластмассы с заданными свойствами. Примером может служить АБС-полимер. В его состав входят три основных мономера: акрилонитрат (А), бутадиен (Б) и стирол (С) (напишите формулы этих веществ). Первый из них обеспечивает химическую устойчивость, второй — сопротивление удару и третий — твердость и легкость термопластической обработки. Основное значение данных полимеров — замена металлов в различных конструкциях. Этот же материал, наряду с найлоном и другими полимерами, применяется в настоящее время в 3D-печати. Наиболее перспективными материалами с высокой термостойкостью оказались ароматические и гетероароматические структуры с прочным бензольным кольцом: полифениленсульфид, ароматические полиамиды, фтор полимеры (тефлон) и др. Данные материалы можно эксплуатировать при температуре 200 — 400 градусов. Главные потребители термостойких пластмасс — авиационная и ракетная техника. 2. Синтетические ткани. С начала XX в. химические технологии стали ориентироваться на создание новых волокнистых материалов. К настоящему времени многообразные искусственные волокна изготавливаются в основном из 4 видов химических материалов: целлюлозы (вискозы), полиамида, полиакрилонитрила и полиэфиров. Новшества сегодняшнего дня затронули геометрию волокон. Изготовители текстильного сырья стремятся сделать нити возможно тоньше. Появились и пустотелые волокна. Они лучше противостоят холоду. Существует ткань, в основе которой размещены мельчайшие стеклянные шарики, отражающие свет. Одежда из нее — хорошая защита для тех, кто ночью находится на улице. Оригинальна технология изготовления ткани для одежды космонавта, которая способна уберечь его за пределами атмосферы от леденящего холода космоса и палящей жары Солнца. Секрет такой одежды в миллионах микроскопических капсул, встроенных в ткань. 3. Замена материалов. На смену старым материалам приходят новые. Это происходит светоотражающей ткани обычно в двух случаях: когда возникает дефицит старого материала и когда новый материал более эффективен. Материал-заместитель должен обладать лучшими свойствами. Пластмассы могут заменить металл, дерево, кожу и другие материалы. Не менее сложной является проблема замены цветных металлов. Во многих странах, в том числе в Казахстане, идут по пути экономного, рационального их потребления. Одна тонна пластмасс в машиностроении экономит 5 — 6 тонн металлов. При обработке металлов материал используется на 70%, а при изготовлении изделий из пластмасс — на 90 — 95%. 4. Сверхпрочные и термостойкие материалы. Ассортимент материалов различного назначения постоянно расширяется. Последнее десятилетие создана естественно-научная база для разработки принципиально новых материалов с заданными свойствами. Например, сталь, содержащая 18% никеля, 8% кобальта и 3 — 5% молибдена, отличается высокой прочностью. Преимущественная область ее применения — авиационная и ракетная техника. Продолжается поиск новых высокопрочных алюминиевых сплавов. Плотность их сравнительно невелика, и применяются они при относительно невысоких температурах, до 320 градусов. Для высокотемпературных условий подходят титановые сплавы, обладающие высокой коррозионной стойкостью. Идет дальнейшее развитие порошковой металлургии. При комбинировании поли- и монокристаллических нитей с полимерными компонентами (полиэфирами и эпоксидными смолами) получаются материалы, которые по прочности не уступают стали, но легче ее в 4 — 5 раз. Создание термостойких материалов — одна из важнейших задач развития современных химических технологий. С применением современных технологий получены, например, нитрид кремния и силицид вольфрама — термостойкие материалы для микроэлектроники. Данные материалы в виде тонкой пленки напыляются на элементы интегральных схем. 5. Материалы с необычными свойствами. Нитинол представляет собой никель — титановый сплав (например, Ti-Al-V), обладающий необычным свойством — сохранять первоначальную форму. Вследствие этого качества его иногда называют запоминающим металлом, или металлом, "обладающим памятью". Нитинол способен сохранять первоначальную форму даже после холодного формирования и термической обработки. Для него характерны: термоупругость, высокая коррозионная стойкость. Нитиноловые фиксаторы, муфты, спирали находят применение в медицине. С помощью нитиноловых фиксаторов эффективнее соединяются сломанные части костей. 6. Оптические материалы. На смену электрическому сигналу, посылаемому по медному проводу, постепенно приходит значительно более информативный световой сигнал, распространяющийся по свето-проводящим волокнам. Совершенствование технологий, изготовление кварцевых нитей позволило менее чем за десятилетний срок примерно в 100 раз сократить потери светового потока. Из новых оптических материалов, например, таких, как фторидные стекла, можно получить еще более прозрачные волокна. В отличие от обычных стекол, состоящих из смеси оксидов металлов, фторидные стекла — это смесь фторидов металлов. 7. Еще одна революционная новация в химии — производство элементоорганических соединений. Это соединения, в состав которых входят как органические элементы (углерод, водород, сера, азот, кислород), так и производные ряда других химических элементов (кремния, фтора, магния, кальция, цинка, натрия, лития и т. д.). Химия кремнийорганических материалов лежит в основе производства полимеров, обладающих ценными свойствами и незаменимых в авиации и энергетике. Фторорганические соединения исключительно устойчивы даже в очень агрессивных средах кислот и щелочей и к тому же обладают особой поверхностной активностью, способностью поглощать кислород и перекиси, поэтому изделия из фторуглерода являются материалом для изготовления внутренних органов человека, а также используются в медицине для создания всевозможных покрытий. ЗАКЛЮЧЕНИЕ К новым веществам и материалам, полученным в результате синтеза можно отнести: современные лекарства, полимеры, волокна, наноматериалы. Создание лекарств является трудным процессом, сопровождающимся разработкой нового состава лекарств, с определенным составом, пространственным строением. Многие лекарства имеют хиральное и оптическое строение. Важным волокном является кевлар. Строение и свойства этого полимера играет важную роль. Графен является современным полимером, обладает прекрасными полимерными свойствами. В настоящее время огромную роль играет нанотехнология. Химия активно участвует в разработке современных материалов, обладающих особыми свойствами. Существует классификация нанообъектов и способы их получения: «сверху-вниз» и «снизу-вверх». СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Аранская О.С. Сборник задач и упражнений по химической технологии и биотехнологии. - Минск: Университетское, 1989. – 654 с. Белоцветов А.В.: Химическая технология. - М.: Просвещение, 1976. – 234 с. Бочков А.Ф.: Органический синтез. - М.: Наука, 1987. – 364 с. Бузыкин Б.И. и др. ; Под ред.: И.Н. Липунова, Г.И. Сигейкина ; Рец.: В.С. Мокрушин, А.Д. Гарновский: Прогресс в химии формазанов. - М.: Научный мир, 2009. – 454 с. Васильева Н.В., Смолина Т.А., Тимофеева В.К. и др.; Рец.: М.З. Ямпольский, Э.М. Анфиногенов: Органический синтез. - М.: Просвещение, 1986. – 347 с. Васильева Н.В.: Теоретическое введение в органический синтез. - М.: Просвещение, 1976. – 294 с. Генералов М.Б.: Криохимическая нанотехнология. - М.: Академкнига, 2006. – 194 с. Ким А.М.: Органическая химия. - Новосибирск: Сибирское университетское, 2001. – 378 с. Лебедев Н.Н.: Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1984. – 340 с. Маки Р.: Путеводитель по органическому синтезу. - М.: Мир, 1985. – 162 с. Матьё Ж.: Изменение и введение функций в органическом синтезе. - М.: Мир, 1980. – 426 с. Мухленова И.П.: Основы химической технологии. - М.: Высшая школа, 1991. – 243 с. Птицина О.А., Куплетская Н.В., Тимофеева В.К. и др.; Рец.: Кафедра органической химии ЛГПИ; В.М. Брусникина: Лабораторные работы по органическому синтезу. - М.: Просвещение, 1979. – 142 с. Скрябин Г.К.: Использование микроорганизмов в органическом синтезе. - М.: Наука, 1976. – 349 с. Смит В.А.: Основы современного органического синтеза. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 342 с. Соловьев Ю. И.: История химии. Развитие химии с древнейших времен до конца 19 века. - М.: Просвещение, 1976. – 213 с. Титце Л.Ф.: Домино-реакции в органическом синтезе. - М.: БИНОМ : Лаборатория знаний, 2010. – 534 с. Толстиков Г.А.: Алюминийорганические соединения в органическом синтезе. - Новосибирск: ГЕО, 2009. – 623 с. Халгаш Я.: Биокатализаторы в органическом синтезе. - М.: Мир, 1991 Ходж П. и Шеррингтон Д.: Реакции на полимерных подложках в органическом синтезе. - М.: Мир, 1983. – 257 с. Храмкина М.Н.: Практикум по органическому синтезу. - Л.: Химия, 1977. – 756 с. Черных С.П. Рец. П.В. Крымов: Новые процессы органического синтеза. - М.: Химия, 1989. – 237 с. |