Organik berbasis silikon adalah kelompok besar senyawa. Nama kedua yang lebih umum untuk mereka adalah silikon. Cakupan senyawa organosilikon terus berkembang. Mereka digunakan di hampir semua bidang aktivitas manusia - dari astronotika hingga kedokteran. Bahan berdasarkan mereka memiliki kualitas teknis dan konsumen yang tinggi.
Konsep umum
Senyawa organosilikon adalah senyawa yang memiliki ikatan antara silikon dan karbon. Mereka mungkin juga mengandung unsur kimia tambahan lainnya (oksigen, halogen, hidrogen, dan lain-lain). Dalam hal ini, kelompok zat ini dibedakan oleh berbagai sifat dan aplikasi. Tidak seperti senyawa organik lainnya, senyawa organosilikon memiliki karakteristik kinerja yang lebih baik dan keamanan yang lebih tinggi untuk kesehatan manusia baik saat diperoleh maupun saat digunakan barang,dibuat dari mereka.
Studi mereka dimulai pada abad XIX. Silikon tetraklorida adalah zat pertama yang disintesis. Pada periode 20-an hingga 90-an abad yang sama, banyak senyawa semacam ini diperoleh: silan, eter dan ester tersubstitusi asam ortosilikat, alkilklorosilan, dan lain-lain. Kesamaan beberapa sifat silikon dan zat organik biasa telah menyebabkan pembentukan gagasan yang salah bahwa senyawa silikon dan karbon benar-benar identik. Ahli kimia Rusia D. I. Mendeleev membuktikan bahwa tidak demikian. Dia juga menetapkan bahwa senyawa silikon-oksigen memiliki struktur polimer. Ini tidak khas untuk zat organik, di mana ada ikatan antara oksigen dan karbon.
Klasifikasi
Senyawa organosilikon menempati posisi perantara antara organik dan organologam. Di antara mereka, 2 kelompok besar zat dibedakan: berat molekul rendah dan berat molekul tinggi.
Pada kelompok pertama, hidrogen silikon berfungsi sebagai senyawa awal, dan sisanya adalah turunannya. Ini termasuk zat berikut:
- silane dan homolognya (disilane, trisilane, tetrasilane);
- silana tersubstitusi (butilsilana, tert-butilsilana, isobutisilane);
- Eter asam ortosilikat (tetramethoxysilane, dimethoxydiethoxysilane);
- haloester asam ortosilikat (trimethoxychlorosilane, methoxyethoxydichlorosilane);
- ester tersubstitusi dari asam ortosilikat (methyltriethoxysilane, methylphenyldiethoxysilane);
- alkil-(aril)-halosilan (feniltriklorosilan);
- turunan hidroksil dari organosilanes(dihydroxydiethylsilane, hydroxymethylethylphenylsilane);
- alkil-(aril)-aminosilanes (diaminomethylphenylsilane, methylaminotrimethylsilane);
- alkoxy-(aryloxy)-aminosilanes;
- alkil-(aril)-aminohalosilanes;
- alkil-(aril)-iminosilanes;
- isosianat, tioisosianat, dan tioeter silikon.
Senyawa organosilikon dengan berat molekul tinggi
Dasar klasifikasi senyawa organik makromolekul adalah polimer silikon hidrogen, diagram strukturnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Zat berikut termasuk dalam kelompok ini:
- alkil-(aril)-polisan;
- organopolialkil-(poliaril)-silanes;
- polyorganosiloxanes;
- poliorganoalkilena-(fenilena)-siloksan;
- polyorganometallosiloxanes;
- polimer rantai metalloidsilane.
Sifat kimia
Karena zat ini sangat beragam, sulit untuk menetapkan pola umum yang menjadi ciri ikatan antara silikon dan karbon.
Sifat yang paling khas dari senyawa organosilikon adalah:
- Tahan terhadap suhu tinggi ditentukan oleh jenis dan ukuran radikal organik atau gugus lain yang berasosiasi dengan atom Si. Silan tetrasubstitusi memiliki stabilitas termal tertinggi. Dekomposisi mereka dimulai pada suhu 650-700 °C. Polydimethylsiloxylanes dihancurkan pada suhu 300 °C. Tetraethylsilane dan hexaethyldisilane terurai pada pemanasan berkepanjangan pada suhu 350 ° C,dalam hal ini, 50% radikal etil dihilangkan dan etana dilepaskan.
- Resistensi kimia terhadap asam, alkali dan alkohol tergantung pada struktur radikal, yang terkait dengan atom silikon, dan seluruh molekul zat. Jadi, ikatan karbon dengan silikon pada ester tersubstitusi alifatik tidak rusak bila terkena asam sulfat pekat, sedangkan pada campuran ester tersubstitusi alkil-(aril), pada kondisi yang sama, gugus fenil dipecah. Ikatan siloksan juga memiliki kekuatan yang tinggi.
- Senyawa organosilikon relatif tahan terhadap basa. Kehancuran mereka hanya terjadi dalam kondisi yang keras. Misalnya, pada polidimetilsiloksan, pembelahan gugus metil hanya diamati pada suhu di atas 200 °C dan di bawah tekanan (dalam autoklaf).
Karakteristik senyawa makromolekul
Ada beberapa jenis zat makromolekul berbasis silikon:
- monofungsional;
- difungsional;
- trifungsional;
- fungsional segi empat.
Menggabungkan senyawa ini, Anda mendapatkan:
- turunan disiloxane, yang paling sering berupa senyawa cair;
- polimer siklik (cairan berminyak);
- elastomer (polimer dengan struktur linier yang terdiri dari beberapa puluh ribu monomer dan berat molekul besar);
- polimer dengan struktur linier, di mana kelompok akhirdiblokir oleh radikal organik (minyak).
Resin dengan rasio radikal metil dan silikon 1,2-1,5 adalah padatan tidak berwarna.
Sifat-sifat berikut ini khas untuk senyawa silikon organik bermolekul tinggi:
- tahan panas;
- hidrofobisitas (tahan terhadap penetrasi air);
- kinerja dielektrik tinggi;
- mempertahankan nilai viskositas konstan pada rentang suhu yang lebar;
- stabilitas kimia bahkan dengan adanya oksidan kuat.
Sifat fisik silane
Karena zat ini sangat heterogen dalam struktur dan komposisi, kami membatasi diri untuk mendeskripsikan senyawa organosilikon dari salah satu kelompok yang paling umum - silan.
Monosilane dan disilane (SiH4 dan Si2H4 masing-masing) pada normal kondisi adalah gas yang memiliki bau yang tidak sedap. Tanpa air dan oksigen, mereka cukup stabil secara kimiawi.
Tetrasilan dan trisilane adalah cairan beracun yang mudah menguap. Pentasilane dan hexasilane juga beracun dan tidak stabil secara kimiawi.
Zat ini larut dengan baik dalam alkohol, bensin, karbon disulfida. Jenis solusi yang terakhir memiliki bahaya ledakan yang tinggi. Titik leleh senyawa di atas berkisar antara -90 °C (tetrasilan) hingga -187 °C (trisilane).
Terima
Penambahan radikal ke Si berlangsung secara berbeda dan tergantung pada sifat bahan awal dan kondisi di mana sintesis terjadi. Beberapasenyawa silikon dengan zat organik hanya dapat dibuat dalam kondisi yang keras, sementara yang lain bereaksi lebih mudah.
Memperoleh senyawa organosilikon berdasarkan ikatan silan dilakukan dengan hidrolisis alkil (atau aril)-kloroksisilana (atau alkoksisilana) diikuti dengan polikondensasi silanol. Reaksi khas ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Polikondensasi dapat berlangsung dalam tiga arah: dengan pembentukan senyawa linier atau siklik, dengan memperoleh zat dari jaringan atau struktur spasial. Polimer siklik memiliki densitas dan viskositas yang lebih tinggi daripada rekan liniernya.
Sintesis senyawa makromolekul
Resin organik dan elastomer berbasis silikon diproduksi oleh hidrolisis monomer. Produk hidrolisis selanjutnya dipanaskan dan katalis ditambahkan. Sebagai hasil dari transformasi kimia, air (atau zat lain) dilepaskan dan polimer kompleks terbentuk.
Senyawa organosilikon yang mengandung oksigen lebih rentan terhadap polimerisasi daripada senyawa berbasis karbon yang sesuai. Silikon, sebaliknya, mampu menahan 2 atau lebih gugus hidroksil. Kemungkinan pembentukan molekul polimer ikatan silang dari molekul siklik terutama tergantung pada ukuran radikal organik.
Analisis
Analisis senyawa organosilikon dilakukan dalam beberapa arah:
- Penentuan konstanta fisika (titik lebur, titik didih, dan karakteristik lainnya).
- Analisis kualitatif. Untuk mendeteksi senyawa jenis ini dalam pernis, minyak, dan resin, sampel uji dilebur dengan natrium karbonat, diekstraksi dengan air, dan kemudian diolah dengan amonium molibdat dan benzidin. Jika ada organosilikon, sampel berubah menjadi biru. Ada cara lain untuk mendeteksi.
- Analisis kuantitatif. Untuk studi kualitatif dan kuantitatif senyawa organosilikon, metode inframerah dan spektroskopi emisi digunakan. Metode lain juga digunakan - analisis sol-gel, spektroskopi massa, resonansi magnetik nuklir.
- Kajian fisika dan kimia secara detail.
Pra-produksi isolasi dan pemurnian zat. Untuk komposisi padat, pemisahan senyawa dilakukan berdasarkan kelarutan, titik didih, dan kristalisasi yang berbeda. Isolasi senyawa silikon organik murni kimia sering dilakukan dengan distilasi fraksional. Fasa cair dipisahkan menggunakan corong pisah. Untuk campuran gas, digunakan penyerapan atau pencairan pada suhu rendah dan fraksinasi.
Aplikasi
Cakupan senyawa organosilikon sangat besar:
- produksi cairan teknis (minyak pelumas, cairan kerja untuk pompa vakum, petroleum jelly, pasta, emulsi, penghilang busa dan lain-lain);
- industri kimia - digunakan sebagai stabilisator, pengubah, katalis;
- industri cat dan pernis - aditif untuk pembuatan pelapis tahan panas, anti korosi untuk logam, beton, kaca dan bahan lainnya;
- teknik kedirgantaraan - bahan tekan, cairan hidrolik, pendingin, senyawa anti-icing;
- teknik listrik - produksi resin dan pernis, bahan untuk melindungi sirkuit terpadu;
- industri rekayasa - produksi produk karet, senyawa, pelumas, sealant, perekat;
- industri ringan - pengubah serat tekstil, kulit, kulit imitasi; penghilang busa;
- industri farmasi - produksi bahan untuk prostetik, imunostimulan, adaptogen, kosmetik.
Kelebihan zat tersebut termasuk fakta bahwa zat tersebut dapat digunakan dalam berbagai kondisi: di iklim tropis dan dingin, pada tekanan tinggi dan vakum, pada suhu tinggi dan radiasi. Pelapis anti-korosi berdasarkan pada mereka dioperasikan dalam kisaran suhu dari -60 hingga +550 °С.
Ternak
Penggunaan senyawa organosilikon dalam peternakan didasarkan pada fakta bahwa silikon terlibat secara aktif dalam pembentukan tulang dan jaringan ikat, proses metabolisme. Elemen jejak ini sangat penting untuk pertumbuhan dan perkembangan hewan peliharaan.
Sebagai pertunjukanStudi, pengenalan aditif dengan zat organosilikon ke dalam makanan unggas dan ternak berkontribusi pada peningkatan bobot hidup, penurunan mortalitas dan biaya pakan per unit pertumbuhan, peningkatan metabolisme nitrogen, kalsium, dan fosfor. Penggunaan obat-obatan tersebut pada sapi juga membantu dalam pencegahan penyakit kebidanan.
Produksi di Rusia
Perusahaan terkemuka dalam pengembangan senyawa organosilikon di Rusia adalah GNIIChTEOS. Ini adalah pusat ilmiah terpadu yang bergerak dalam penciptaan teknologi industri untuk pembuatan senyawa berdasarkan silikon, aluminium, boron, besi dan unsur kimia lainnya. Spesialis organisasi ini telah mengembangkan dan memperkenalkan lebih dari 400 bahan organosilikon. Perusahaan memiliki pabrik percontohan untuk produksinya.
Namun, Rusia dalam dinamika global pengembangan produksi senyawa organik berbasis silikon jauh lebih rendah daripada negara lain. Jadi, selama 20 tahun terakhir, industri Cina telah meningkatkan produksi zat-zat ini hampir 50 kali lipat, dan Eropa Barat - 2 kali lipat. Saat ini, produksi senyawa organosilikon di Rusia dilakukan di KZSK-Silicon, JSC Altaihimprom, di Redkinsky Pilot Plant, JSC Khimprom (Chuvash Republic), JSC Silan.
