Os orgânicos à base de silício são um grande grupo de compostos. O segundo nome mais comum para eles é silicones. O escopo dos compostos de organossilício está em constante crescimento. Eles são usados em quase todas as áreas da atividade humana - da astronáutica à medicina. Os materiais baseados neles possuem alta qualidade técnica e de consumo.
Conceito geral
Compostos de Organossilício são compostos nos quais existe uma ligação entre o silício e o carbono. Eles também podem conter outros elementos químicos adicionais (oxigênio, halogênios, hidrogênio e outros). A este respeito, este grupo de substâncias distingue-se por uma grande variedade de propriedades e aplicações. Ao contrário de outros compostos orgânicos, os compostos organossilícios apresentam melhores características de desempenho e maior segurança para a saúde humana tanto na obtenção quanto na utilização dos itens,feito deles.
Seu estudo começou no século XIX. O tetracloreto de silício foi a primeira substância sintetizada. No período das décadas de 20 a 90 do mesmo século, muitos compostos desse tipo foram obtidos: silanos, éteres e ésteres substituídos de ácido ortossilícico, alquilclorossilanos e outros. A semelhança de algumas das propriedades do silício e das substâncias orgânicas comuns levou à formação de uma falsa ideia de que os compostos de silício e carbono são completamente idênticos. O químico russo D. I. Mendeleev provou que não é assim. Ele também estabeleceu que os compostos de silício-oxigênio têm uma estrutura polimérica. Isso não é típico para substâncias orgânicas, nas quais há uma ligação entre oxigênio e carbono.
Classificação
Os compostos de organossilício ocupam uma posição intermediária entre o orgânico e o organometálico. Entre eles, distinguem-se 2 grandes grupos de substâncias: baixo peso molecular e alto peso molecular.
No primeiro grupo, os hidrogênios de silício servem como compostos iniciais e os demais são seus derivados. Estes incluem as seguintes substâncias:
- silanos e seus homólogos (disilano, trisilano, tetrasilano);
- silanos substituídos (butilsilano, terc-butilsilano, isobutilsilano);
- Éteres de ácido ortossilícico (tetrametoxissilano, dimetoxidietoxissilano);
- haloésteres de ácido ortossilícico (trimetoxiclorossilano, metoxietoxidiclorossilano);
- ésteres substituídos de ácido ortossilícico (metiltrietoxissilano, metilfenildietoxissilano);
- alquil-(aril)-halosilanos (feniltriclorossilano);
- derivados hidroxila de organosilanos(dihidroxidietilsilano, hidroximetiletilfenilsilano);
- alquil-(aril)-aminossilanos (diaminometilfenilsilano, metilaminotrimetilsilano);
- alcoxi-(ariloxi)-aminosilanos;
- alquil-(aril)-aminohalosilanos;
- alquil-(aril)-iminosilanos;
- isocianatos, tioisocianatos e tioéteres de silício.
Compostos de organossilício de alto peso molecular
A base para a classificação dos compostos orgânicos macromoleculares é o polímero silício hidrogênio, cujo diagrama estrutural é mostrado na figura abaixo.
As seguintes substâncias pertencem a este grupo:
- alquil-(aril)-polissilanos;
- organopolialquil-(poliaril)-silanos;
- poliorganossiloxanos;
- poliorganoalquileno-(fenileno)-siloxanos;
- poliorganometallossiloxanos;
- polímeros de cadeia de metaloidsilano.
Propriedades Químicas
Como essas substâncias são muito diversas, é difícil estabelecer padrões gerais que caracterizem a ligação entre silício e carbono.
As propriedades mais características dos compostos de organossilício são:
- Resistente a temperatura elevada é determinado pelo tipo e tamanho do radical orgânico ou outros grupos que estão associados ao átomo de Si. Os silanos tetrassubstituídos têm a maior estabilidade térmica. Sua decomposição começa a uma temperatura de 650-700 °C. Os polidimetilsiloxilanos são destruídos a uma temperatura de 300°C. Tetraetilsilano e hexaetildissilano se decompõem após aquecimento prolongado a uma temperatura de 350 ° C,neste caso, 50% do radical etila é eliminado e o etano é liberado.
- A resistência química a ácidos, álcalis e álcoois depende da estrutura do radical, que está associado ao átomo de silício, e de toda a molécula da substância. Assim, a ligação do carbono com o silício em ésteres alifáticos substituídos não é destruída quando exposta ao ácido sulfúrico concentrado, enquanto em ésteres alquil-(aril)-substituídos mistos, nas mesmas condições, o grupo fenil é clivado. As ligações de siloxano também têm alta resistência.
- Os compostos de organossilício são relativamente resistentes aos álcalis. Sua destruição ocorre apenas em condições adversas. Por exemplo, em polidimetilsiloxanos, a clivagem de grupos metil é observada apenas em temperaturas acima de 200 °C e sob pressão (em autoclave).
Características dos compostos macromoleculares
Existem vários tipos de substâncias macromoleculares à base de silício:
- monofuncional;
- difuncional;
- trifuncional;
- quadrifuncional.
Combinando esses compostos, você obtém:
- derivados de dissiloxano, que na maioria das vezes são compostos líquidos;
- polímeros cíclicos (líquidos oleosos);
- elastômeros (polímeros com estrutura linear composta por várias dezenas de milhares de monômeros e grande peso molecular);
- polímeros com estrutura linear, em que os grupos terminaisbloqueado por radicais orgânicos (óleos).
Resinas com uma proporção de radical metil para silício de 1,2-1,5 são sólidos incolores.
As seguintes propriedades são típicas para compostos de silício orgânico de alto peso molecular:
- resistência ao calor;
- hidrofobicidade (resistência à penetração de água);
- alto desempenho dielétrico;
- mantendo um valor de viscosidade constante em uma ampla faixa de temperatura;
- estabilidade química mesmo na presença de oxidantes fortes.
Propriedades físicas dos silanos
Como essas substâncias são muito heterogêneas em estrutura e composição, nos limitamos a descrever compostos de organossilícios de um dos grupos mais comuns - os silanos.
Monosilano e disilano (SiH4 e Si2H4 respectivamente) em normal condições são gases que têm um odor desagradável. Na ausência de água e oxigênio, eles são quimicamente estáveis.
Tetrasilano e trisilano são líquidos tóxicos voláteis. O pentasilano e o hexasilano também são tóxicos e quimicamente instáveis.
Essas substâncias se dissolvem bem em álcoois, gasolina, dissulfeto de carbono. O último tipo de soluções tem um alto risco de explosão. O ponto de fusão dos compostos acima varia de -90 °C (tetrasilano) a -187 °C (trisilano).
Receber
A adição de radicais ao Si ocorre de forma diferente e depende das propriedades do material de partida e das condições sob as quais a síntese ocorre. Algumcompostos de silício com substâncias orgânicas só podem ser feitos em condições adversas, enquanto outros reagem mais facilmente.
A obtenção de compostos organossilanos à base de ligações silano é realizada pela hidrólise de alquil (ou aril)-cloroxisilanos (ou alcoxisilanos) seguida de policondensação de silanóis. Uma reação típica é mostrada na figura abaixo.
A policondensação pode ocorrer em três direções: com a formação de compostos lineares ou cíclicos, com a obtenção de substâncias de uma rede ou estrutura espacial. Polímeros cíclicos têm maior densidade e viscosidade do que seus equivalentes lineares.
Síntese de compostos macromoleculares
Resinas orgânicas e elastômeros à base de silício são produzidos pela hidrólise de monômeros. Os produtos de hidrólise são subsequentemente aquecidos e os catalisadores são adicionados. Como resultado de transformações químicas, a água (ou outras substâncias) é liberada e polímeros complexos são formados.
Compostos de organossilício contendo oxigênio são mais propensos à polimerização do que seus compostos à base de carbono correspondentes. O silício, ao contrário, é capaz de conter 2 ou mais grupos hidroxila. A possibilidade de formar moléculas poliméricas reticuladas a partir de moléculas cíclicas depende principalmente do tamanho do radical orgânico.
Análise
A análise de compostos de organossilício é realizada em várias direções:
- Determinação das constantes físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição e outras características).
- Análise qualitativa. Para detectar compostos desse tipo em vernizes, óleos e resinas, a amostra de teste é fundida com carbonato de sódio, extraída com água e depois tratada com molibdato de amônio e benzidina. Se o organossilício estiver presente, a amostra fica azul. Existem outras maneiras de detectar.
- Análise quantitativa. Para estudos qualitativos e quantitativos de compostos de organossilício, são utilizados métodos de espectroscopia de infravermelho e de emissão. Outros métodos também são usados - análise sol-gel, espectroscopia de massa, ressonância magnética nuclear.
- Estudo físico e químico detalhado.
Pré-produzir o isolamento e purificação da substância. Para composições sólidas, a separação dos compostos é feita com base em suas diferentes solubilidades, pontos de ebulição e cristalização. O isolamento de compostos orgânicos de silício quimicamente puros é muitas vezes realizado por destilação fracionada. As fases líquidas são separadas usando um funil de separação. Para misturas de gases, utiliza-se absorção ou liquefação a baixas temperaturas e fracionamento.
Aplicativo
O escopo dos compostos de organossilício é muito grande:
- produção de fluidos técnicos (óleos lubrificantes, fluidos de trabalho para bombas de vácuo, vaselina, pastas, emulsões, antiespumantes e outros);
- indústria química - uso como estabilizadores, modificadores, catalisadores;
- indústria de tintas e vernizes - aditivos para fabricação de revestimentos resistentes ao calor e anticorrosivos para metal, concreto, vidro e outros materiais;
- engenharia aeroespacial - materiais de prensagem, fluidos hidráulicos, refrigerantes, compostos antigelo;
- engenharia elétrica - produção de resinas e vernizes, materiais para proteção de circuitos integrados;
- indústria de engenharia - produção de produtos de borracha, compostos, lubrificantes, selantes, adesivos;
- indústria leve - modificadores de fibras têxteis, couro, couro sintético; antiespumantes;
- indústria farmacêutica - produção de materiais para próteses, imunoestimulantes, adaptógenos, cosméticos.
As vantagens de tais substâncias incluem o fato de que podem ser usadas em uma variedade de condições: em climas tropicais e frios, em alta pressão e vácuo, em altas temperaturas e radiação. Os revestimentos anticorrosivos baseados neles são operados na faixa de temperatura de -60 a +550 °С.
Pecuária
O uso de compostos organossilícios na pecuária baseia-se no fato de que o silício está ativamente envolvido na formação de ossos e tecidos conjuntivos, processos metabólicos. Este oligoelemento é vital para o crescimento e desenvolvimento dos animais de estimação.
Como mostraestudos, a introdução de aditivos com substâncias organossilicônicas na dieta de aves e gado contribui para o aumento do peso vivo, diminuição da mortalidade e dos custos de alimentação por unidade de crescimento, aumento do metabolismo de nitrogênio, cálcio e fósforo. O uso de tais medicamentos em vacas também auxilia na prevenção de doenças obstétricas.
Produção na Rússia
A empresa líder no desenvolvimento de compostos de organossilício na Rússia é a GNIIChTEOS. Trata-se de um centro científico integrado que se dedica à criação de tecnologias industriais para a fabricação de compostos à base de silício, alumínio, boro, ferro e outros elementos químicos. Os especialistas desta organização desenvolveram e introduziram mais de 400 materiais organossilícios. A empresa possui uma planta piloto para sua produção.
No entanto, a Rússia na dinâmica global do desenvolvimento da produção de compostos orgânicos à base de silício é muito inferior a outros países. Assim, nos últimos 20 anos, a indústria chinesa aumentou a produção dessas substâncias em quase 50 vezes e a Europa Ocidental - em 2 vezes. Atualmente, a produção de compostos de organossilício na Rússia é realizada na KZSK-Silicon, JSC Altaihimprom, na planta piloto de Redkinsky, JSC Khimprom (República Chuvash), JSC Silan.
