Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач

Химия полимеров определяется многими параметрами. Контроль над ними – искусство, которым химики овладевают все в большей степени и большей степени. Чрезвычайно важны тщательный подбор условий реакции (температуры, давления, инициатора полимеризации, концентрации, растворителя, эмульгатора и т.д.) и структур реагентов (мономеров), которые могут существенно влиять на целый ряд различных свойств полимерных продуктов. Мы можем предопределить среднюю длину цепи (молекулярную массу), степень ее разветвленности, число поперечных связей между полимерными цепями и физические и химические свойства конечного продукта (путем ввода специально подобранных функциональных групп).

Целенаправленно манипулируя этими факторами, химик может конструировать полимеры с заданными свойствами, такими как пластичность или жесткость, прочность при растяжении, гибкость или эластичность, термопластичность или термическая устойчивость, химическая инертность или растворимость, притягивание или отталкивание растворителей (смачиваемость или несмачиваемость для воды, чувствительность к свету (фото-деструкция) и микроорганизмам (биодеградация) и способность изменять вязкость при течении (тиксотропия). Именно этим объясняется продолжающийся рост производства пластиков и увеличение их присутствия в предметах, которыми мы пользуемся , которые носим, на которых сидим, в которых ездим, которые, как или иначе, входят в наш обиход.

Полиэтилен: химическая цепочка из многих идентичных фрагментов

НОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Оптические волокна

Подобно тому, как в современной электронике транзисторы вытеснили электронные лампы, тончайшие кварцевые нити вытесняют медную проволоку, традиционно использовавшуюся для изготовления кабелей. Импульс электронов, посылаемый по медной проволоке, заменил световой импульс, посылаемый по светопроводящим волокнам. Решающую роль в практическом осуществлении этого нового подхода сыграло то обстоятельство, что технологи сумели разработать эффективный способ получения высокопрозрачных кварцевых нитей путем химической конденсации пара (ХКП). Суть его состоит в следующем: соединение, диоксида, кремния, который на внутренней поверхности стеклянной трубки. Трубку с нанесенным слоем диоксида кремния размягчают и вытягивают нить. Толщина получаемой таким образом кварцевой нити со стеклянным покрытием составляет примерно одну десятую толщины человеческого волоса. ХКП позволила менее чем за десятилетие в 100 раз сократить потери света в волокнах. Новый класс материалов, фторидные стекла, возможно позволит получить еще более прозрачные нити. В отличие от обычных стекол, представляющих собой смеси оксидов металлов, фторидные стекла – это смеси фторидов металлов. Многие практические проблемы, связанные с использованием таких стекол, еще не решены, но в принципе, используя фторидные стекла, можно было бы передавать оптические сигналы через Тихий океан без помощи релейных станций.

Оптические переключатели

Химия сыграла весомую роль не только в разработке новых материалов, таких как оптические волокна, и процессов их получения, но и в создании материалов для оптических устройств, предназначенных для переключения, усиления и хранения оптических сигналов. Эта область открывает замечательные возможности ведь оптический переключатель способен срабатывать за одну миллионную миллионной доли секунды (за пикосекунду). В современных оптических устройствах используются ниобат лития и арсенид галлия алюминия, продукты электронной индустрии. Однако органические стереоизомеры, жидкие кристаллы и полиацетилены могут давать оптические эффекты, превосходящие возможности ниобата лития. Эта область исследований обещает много новых открытий и технологических разработок.

НОВЫЕ ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Полупроводники

Пятидесятые годы ознаменовались блестящими достижениями в физике твердого тела, заложившими фундамент

глубокого понимания природы чистых полупроводниковых материалов. Поскольку в процессе проведения этих исследований выяснилось, что необходимы монокристаллы элементных кремния и германия с содержанием примесей не более одной части на 100 миллионов, химикам также пришлось заняться этими проблемами. В результате полупроводниковые свойства были обнаружены у бинарных соединений элементов III и V групп Периодической системы, например у соединения галлия и мышьяка. Одно из типичных соединений III-V-антимонид индия, смешанный полупроводник, который уже 15 лет используется как один из самых чувствительных детекторов в ближней инфракрасной области. Несколько позднее в центре внимания оказались монокристаллы арсенида галлия различной толщины с различным содержанием примесей. Материалы этого рода служат для изготовления лазеров и лазерных дисплейных устройств, используемых в длинноволновых оптических линиях связи.