ऑर्गनोसिलिकॉन यौगिक: विवरण, तैयारी, गुण और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 17:47

सिलिकॉन-आधारित कार्बनिक यौगिकों का एक बड़ा समूह है। उनके लिए दूसरा, अधिक सामान्य नाम सिलिकोन है। ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों का दायरा लगातार बढ़ रहा है। उनका उपयोग मानव गतिविधि के लगभग सभी क्षेत्रों में किया जाता है - अंतरिक्ष यात्रियों से लेकर चिकित्सा तक। उन पर आधारित सामग्री में उच्च तकनीकी और उपभोक्ता गुण होते हैं।

सामान्य अवधारणा

ऑर्गनोसिलिकॉन यौगिक ऐसे यौगिक हैं जिनमें सिलिकॉन और कार्बन के बीच एक बंधन होता है। उनमें अन्य अतिरिक्त रासायनिक तत्व (ऑक्सीजन, हैलोजन, हाइड्रोजन, और अन्य) भी हो सकते हैं। इस संबंध में, पदार्थों के इस समूह को विभिन्न प्रकार के गुणों और अनुप्रयोगों द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है। अन्य कार्बनिक यौगिकों के विपरीत, ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों में मानव स्वास्थ्य के लिए बेहतर प्रदर्शन विशेषताएं और उच्च सुरक्षा होती है, जब वे प्राप्त होते हैं और वस्तुओं का उपयोग करते समय,उनसे बनाया गया।

उनका अध्ययन XIX सदी में शुरू हुआ। सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड पहला संश्लेषित पदार्थ था। उसी सदी के 20 से 90 के दशक की अवधि में, इस तरह के कई यौगिक प्राप्त किए गए: सिलेन, ईथर और ऑर्थोसिलिक एसिड, एल्काइलक्लोरोसिलीन और अन्य के प्रतिस्थापित एस्टर। सिलिकॉन और साधारण कार्बनिक पदार्थों के कुछ गुणों की समानता ने एक गलत विचार का निर्माण किया है कि सिलिकॉन और कार्बन यौगिक पूरी तरह से समान हैं। रूसी रसायनज्ञ डी। आई। मेंडेलीव ने साबित किया कि ऐसा नहीं है। उन्होंने यह भी स्थापित किया कि सिलिकॉन-ऑक्सीजन यौगिकों में एक बहुलक संरचना होती है। यह कार्बनिक पदार्थों के लिए विशिष्ट नहीं है, जिसमें ऑक्सीजन और कार्बन के बीच एक बंधन होता है।

वर्गीकरण

ऑर्गनोसिलिकॉन यौगिक कार्बनिक और ऑर्गोमेटेलिक के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। उनमें से, पदार्थों के 2 बड़े समूह प्रतिष्ठित हैं: कम आणविक भार और उच्च आणविक भार।

पहले समूह में, सिलिकॉन हाइड्रोजन प्रारंभिक यौगिकों के रूप में काम करते हैं, और बाकी उनके डेरिवेटिव हैं। इनमें निम्नलिखित पदार्थ शामिल हैं:

• सिलेन्स और इसके समरूप (डिसिलेन, ट्रिसिलाने, टेट्रासिलेन);
• प्रतिस्थापित सिलेन्स (ब्यूटाइलसिलेन, टर्ट-ब्यूटाइलसिलेन, आइसोबुटीसिलेन);
• ऑर्थोसिलिक एसिड के ईथर (टेट्रामेथोक्सीसिलेन, डाइमेथोक्सीडाइथॉक्सीसिलेन);
• ऑर्थोसिलिक एसिड के हेलोएस्टर (ट्राइमेथोक्सीक्लोरोसिलेन, मेथॉक्सीएथॉक्सीडिक्लोरोसिलेन);
• ऑर्थोसिलिक एसिड के प्रतिस्थापित एस्टर (मिथाइलट्रिएथॉक्सीसिलेन, मिथाइलफेनिलडीथॉक्सीसिलेन);
• alkyl-(aryl)-halosilanes (phenyltrichlorosilane);
• ऑर्गोसिलेन्स के हाइड्रॉक्सिल डेरिवेटिव(डायहाइड्रॉक्सीडाइथाइलसिलेन, हाइड्रॉक्सीमेथाइलएथिलफेनिलसिलेन);
• alkyl-(aryl)-aminosilanes (diaminomethylphenylsilane, methylaminotrimethylsilane);
• alkoxy-(aryloxy)-aminosilanes;
• alkyl-(aryl)-aminohalosilanes;
• alkyl-(aryl)-iminosilanes;
• आइसोसायनेट्स, थियोइसोसाइनेट्स और सिलिकॉन थियोएथर।

उच्च आणविक भार ऑर्गोसिलिकॉन यौगिक

मैक्रोमोलेक्यूलर कार्बनिक यौगिकों के वर्गीकरण का आधार बहुलक सिलिकॉन हाइड्रोजन है, जिसका संरचनात्मक आरेख नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

निम्न पदार्थ इस समूह से संबंधित हैं:

• alkyl-(aryl)-polysilanes;
• organopolyalkyl-(polyaryl)-silanes;
• पॉलीऑर्गेनोसिलोक्सेन;
• पॉलीऑर्गनॉल्काइलीन-(फेनिलीन)-सिलोक्सेन;
• पॉलीऑर्गनोमेटालोसिलोक्सेन;
• मेटलॉइडसिलेन चेन पॉलिमर।

रासायनिक गुण

चूंकि ये पदार्थ बहुत विविध हैं, इसलिए सामान्य पैटर्न स्थापित करना मुश्किल है जो सिलिकॉन और कार्बन के बीच के बंधन की विशेषता रखते हैं।

ऑर्गेनोसिलिकॉन यौगिकों के सबसे विशिष्ट गुण हैं:

• उन्नत तापमान के लिए प्रतिरोधी कार्बनिक मूलक या अन्य समूहों के प्रकार और आकार से निर्धारित होता है जो सी परमाणु से जुड़े होते हैं। Tetrasubstituted silanes में उच्चतम तापीय स्थिरता होती है। उनका अपघटन 650-700 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर शुरू होता है। Polydimethylsiloxylanes 300 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नष्ट हो जाते हैं। Tetraethylsilane और hexaethyldisilane 350 ° C के तापमान पर लंबे समय तक गर्म करने पर विघटित हो जाते हैं,इस मामले में, एथिल रेडिकल का 50% समाप्त हो जाता है और ईथेन निकलता है।
• एसिड, क्षार और अल्कोहल का रासायनिक प्रतिरोध रेडिकल की संरचना पर निर्भर करता है, जो सिलिकॉन परमाणु और पदार्थ के पूरे अणु से जुड़ा होता है। इसलिए, एलीफैटिक प्रतिस्थापित एस्टर में सिलिकॉन के साथ कार्बन का बंधन केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के संपर्क में आने पर नष्ट नहीं होता है, जबकि मिश्रित एल्काइल- (आरिल) -प्रतिस्थापित एस्टर में, समान परिस्थितियों में, फिनाइल समूह को साफ किया जाता है। सिलोक्सेन बांड में भी उच्च शक्ति होती है।
• ऑर्गनोसिलिकॉन यौगिक क्षार के अपेक्षाकृत प्रतिरोधी होते हैं। उनका विनाश कठोर परिस्थितियों में ही होता है। उदाहरण के लिए, पॉलीडाइमिथाइलसिलोक्सेन में, मिथाइल समूहों की दरार केवल 200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर और दबाव में (एक आटोक्लेव में) देखी जाती है।

मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों की विशेषताएं

सिलिकॉन-आधारित मैक्रोमोलेक्यूलर पदार्थ कई प्रकार के होते हैं:

• मोनोफंक्शनल;
• कार्यात्मक;
• त्रिकार्यात्मक;
• चतुर्भुज।

इन यौगिकों को मिलाकर, आप प्राप्त करते हैं:

• डिसिलोक्सेन डेरिवेटिव, जो अक्सर तरल यौगिक होते हैं;
• चक्रीय बहुलक (तैलीय तरल);
• इलास्टोमर्स (एक रैखिक संरचना वाले पॉलिमर जिसमें कई दसियों हज़ार मोनोमर्स और एक बड़ा आणविक भार होता है);
• एक रैखिक संरचना वाले बहुलक, जिसमें अंत समूहकार्बनिक मूलक (तेल) द्वारा अवरुद्ध।

मिथाइल रेडिकल से सिलिकॉन अनुपात 1.2-1.5 वाले रेजिन रंगहीन ठोस होते हैं।

उच्च आणविक कार्बनिक सिलिकॉन यौगिकों के लिए निम्नलिखित गुण विशिष्ट हैं:

• गर्मी प्रतिरोध;
• हाइड्रोफोबिसिटी (पानी के प्रवेश का प्रतिरोध);
• उच्च ढांकता हुआ प्रदर्शन;
• एक विस्तृत तापमान सीमा पर निरंतर चिपचिपाहट मान बनाए रखना;
• मजबूत ऑक्सीडेंट की उपस्थिति में भी रासायनिक स्थिरता।

सिलेन्स के भौतिक गुण

चूंकि ये पदार्थ संरचना और संरचना में बहुत विषम हैं, हम खुद को सबसे आम समूहों में से एक - सिलेन्स के ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों का वर्णन करने तक सीमित रखते हैं।

मोनोसिलेन और डिसिलेन (SiH₄ और Si₂H_{4 सामान्य रूप से) स्थितियां ऐसी गैसें हैं जिनमें एक अप्रिय गंध होती है। पानी और ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, वे रासायनिक रूप से काफी स्थिर होते हैं।}

Tetrasilane और trisilane वाष्पशील जहरीले तरल पदार्थ हैं। पेंटासिलेन और हेक्सासिलेन भी जहरीले और रासायनिक रूप से अस्थिर हैं।

ये पदार्थ अल्कोहल, गैसोलीन, कार्बन डाइसल्फ़ाइड में अच्छी तरह घुल जाते हैं। बाद के प्रकार के समाधानों में एक उच्च विस्फोटक खतरा होता है। उपरोक्त यौगिकों का गलनांक -90 °C (tetrasilane) से -187 °C (trisilane) तक होता है।

प्राप्त

Si में मूलकों का योग अलग-अलग होता है और प्रारंभिक सामग्री के गुणों और उन परिस्थितियों पर निर्भर करता है जिनके तहत संश्लेषण होता है। कुछकार्बनिक पदार्थों के साथ सिलिकॉन के यौगिकों को केवल कठोर परिस्थितियों में ही बनाया जा सकता है, जबकि अन्य अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं।

सिलेन बंधों पर आधारित ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों को प्राप्त करना एल्काइल (या एरिल) -क्लोरोक्सीसिलीन (या एल्कोक्सीसिलेन) के हाइड्रोलिसिस द्वारा किया जाता है, इसके बाद सिलानोल का पॉलीकोंडेशन होता है। एक विशिष्ट प्रतिक्रिया नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है।

Polycondensation तीन दिशाओं में आगे बढ़ सकता है: रैखिक या चक्रीय यौगिकों के निर्माण के साथ, एक नेटवर्क या स्थानिक संरचना के पदार्थ प्राप्त करने के साथ। चक्रीय पॉलिमर में उनके रैखिक समकक्षों की तुलना में उच्च घनत्व और चिपचिपाहट होती है।

मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों का संश्लेषण

ऑर्गेनिक रेजिन और सिलिकॉन-आधारित इलास्टोमर्स मोनोमर्स के हाइड्रोलिसिस द्वारा निर्मित होते हैं। हाइड्रोलिसिस उत्पादों को बाद में गर्म किया जाता है और उत्प्रेरक जोड़े जाते हैं। रासायनिक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, पानी (या अन्य पदार्थ) निकलता है और जटिल बहुलक बनते हैं।

ऑर्गेनोसिलिकॉन यौगिक जिसमें ऑक्सीजन होता है, उनके संबंधित कार्बन-आधारित यौगिकों की तुलना में पोलीमराइज़ेशन की संभावना अधिक होती है। इसके विपरीत, सिलिकॉन 2 या अधिक हाइड्रॉक्सिल समूहों को धारण करने में सक्षम है। चक्रीय अणुओं से क्रॉस-लिंक्ड बहुलक अणुओं के बनने की संभावना मुख्य रूप से कार्बनिक मूलक के आकार पर निर्भर करती है।

विश्लेषण

ऑर्गेनोसिलिकॉन यौगिकों का विश्लेषण कई दिशाओं में किया जाता है:

• भौतिक स्थिरांक का निर्धारण (गलनांक, क्वथनांक और अन्य विशेषताएं)।
• गुणात्मक विश्लेषण। वार्निश, तेल और रेजिन में इस प्रकार के यौगिकों का पता लगाने के लिए, परीक्षण नमूने को सोडियम कार्बोनेट के साथ जोड़ा जाता है, पानी से निकाला जाता है, और फिर अमोनियम मोलिब्डेट और बेंज़िडाइन के साथ इलाज किया जाता है। यदि ऑर्गोसिलिकॉन मौजूद है, तो नमूना नीला हो जाता है। पता लगाने के और भी तरीके हैं।
• मात्रात्मक विश्लेषण। ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों के गुणात्मक और मात्रात्मक दोनों अध्ययनों के लिए, अवरक्त और उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी के तरीकों का उपयोग किया जाता है। अन्य विधियों का भी उपयोग किया जाता है - सोल-जेल विश्लेषण, मास स्पेक्ट्रोस्कोपी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद।
• विस्तृत भौतिक और रासायनिक अध्ययन।

पदार्थ का अलगाव और शुद्धिकरण पूर्व-उत्पादन करें। ठोस यौगिकों के लिए, यौगिकों का पृथक्करण उनकी विभिन्न घुलनशीलता, क्वथनांक और क्रिस्टलीकरण के आधार पर किया जाता है। रासायनिक रूप से शुद्ध कार्बनिक सिलिकॉन यौगिकों का अलगाव अक्सर भिन्नात्मक आसवन द्वारा किया जाता है। तरल चरणों को एक पृथक फ़नल का उपयोग करके अलग किया जाता है। गैसों के मिश्रण के लिए, कम तापमान पर अवशोषण या द्रवीकरण और अंश का उपयोग किया जाता है।

आवेदन

ऑर्गेनोसिलिकॉन यौगिकों का दायरा बहुत बड़ा है:

• तकनीकी तरल पदार्थों का उत्पादन (चिकनाई तेल, वैक्यूम पंप के लिए काम करने वाले तरल पदार्थ, पेट्रोलियम जेली, पेस्ट, इमल्शन, डिफोमर्स और अन्य);
• रासायनिक उद्योग - स्टेबलाइजर्स, संशोधक, उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करें;
• पेंट और वार्निश उद्योग - धातु, कंक्रीट, कांच और अन्य सामग्रियों के लिए गर्मी प्रतिरोधी, जंग-रोधी कोटिंग्स के निर्माण के लिए एडिटिव्स;
• एयरोस्पेस इंजीनियरिंग - प्रेस सामग्री, हाइड्रोलिक तरल पदार्थ, शीतलक, एंटी-आइसिंग यौगिक;
• इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग - एकीकृत परिपथों की सुरक्षा के लिए रेजिन और वार्निश, सामग्री का उत्पादन;
• इंजीनियरिंग उद्योग - रबर उत्पादों, यौगिकों, स्नेहक, सीलेंट, चिपकने का उत्पादन;
• प्रकाश उद्योग - कपड़ा फाइबर, चमड़ा, चमड़ा के संशोधक; डिफोमर्स;
• फार्मास्युटिकल उद्योग - प्रोस्थेटिक्स, इम्यूनोस्टिमुलेंट्स, एडाप्टोजेन्स, कॉस्मेटिक्स के लिए सामग्री का उत्पादन।

ऐसे पदार्थों के फायदों में यह तथ्य शामिल है कि उनका उपयोग विभिन्न परिस्थितियों में किया जा सकता है: उष्णकटिबंधीय और ठंडे मौसम में, उच्च दबाव में और निर्वात में, उच्च तापमान और विकिरण पर। उन पर आधारित एंटी-जंग कोटिंग्स को -60 से +550 °С तक के तापमान रेंज में संचालित किया जाता है।

पशुधन

पशुपालन में ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों का उपयोग इस तथ्य पर आधारित है कि सिलिकॉन हड्डियों और संयोजी ऊतकों, चयापचय प्रक्रियाओं के निर्माण में सक्रिय रूप से शामिल है। यह ट्रेस तत्व पालतू जानवरों की वृद्धि और विकास के लिए महत्वपूर्ण है।

शो के रूप मेंअध्ययन, पोल्ट्री और पशुधन के आहार में ऑर्गोसिलिकॉन पदार्थों के साथ एडिटिव्स की शुरूआत जीवित वजन में वृद्धि, मृत्यु दर में कमी और विकास की प्रति यूनिट फ़ीड लागत, नाइट्रोजन, कैल्शियम और फास्फोरस के चयापचय में वृद्धि में योगदान करती है। गायों में ऐसी औषधियों के प्रयोग से प्रसूति रोगों की रोकथाम में भी सहायता मिलती है।

रूस में उत्पादन

रूस में ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों के विकास में अग्रणी उद्यम GNIIChTEOS है। यह एक एकीकृत वैज्ञानिक केंद्र है जो सिलिकॉन, एल्यूमीनियम, बोरॉन, लोहा और अन्य रासायनिक तत्वों पर आधारित यौगिकों के निर्माण के लिए औद्योगिक प्रौद्योगिकियों के निर्माण में लगा हुआ है। इस संगठन के विशेषज्ञों ने 400 से अधिक ऑर्गोसिलिकॉन सामग्री विकसित और पेश की है। कंपनी के पास उनके उत्पादन के लिए एक पायलट प्लांट है।

हालांकि, सिलिकॉन पर आधारित कार्बनिक यौगिकों के उत्पादन के विकास की वैश्विक गतिशीलता में रूस अन्य देशों की तुलना में बहुत कम है। इसलिए, पिछले 20 वर्षों में, चीनी उद्योग ने इन पदार्थों के उत्पादन में लगभग 50 गुना और पश्चिमी यूरोप में - 2 गुना की वृद्धि की है। वर्तमान में, रूस में ऑर्गोसिलिकॉन यौगिकों का उत्पादन केजेडएसके-सिलिकॉन, जेएससी अल्ताइहिमप्रोम, रेडकिन्स्की पायलट प्लांट, जेएससी खिमप्रोम (चुवाश गणराज्य), जेएससी सिलान में किया जाता है।