Номер 5, страница 44 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава I. Строение веществ. Параграф 8. Полимеры. Примените свои знания - номер 5, страница 44.

Условие.

5. Что представляют собой неорганические полимеры? Предложите классификацию этих полимеров по различным признакам. Какова роль таких полимеров в неживой природе?

Решение.

Решение 2.

Что представляют собой неорганические полимеры?

Неорганические полимеры — это высокомолекулярные соединения, у которых основная цепь (скелет) макромолекулы не содержит атомов углерода. Эта цепь построена из других химических элементов, таких как кремний (Si), фосфор (P), азот (N), сера (S), бор (B), кислород (O) и др. В этом их ключевое отличие от органических полимеров, основу которых составляют углеродные цепи.

Боковые группы, присоединенные к основной цепи, могут быть как неорганическими (например, атомы галогенов, группы -OH), так и органическими (например, алкильные или арильные радикалы). Полимеры с органическими боковыми группами при неорганической основной цепи называются элементоорганическими. Классическим примером являются силиконы (полиорганосилоксаны), где основная цепь состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода $...-Si-O-Si-O-...$, а к атомам кремния присоединены органические радикалы.

Структура неорганических полимеров может быть различной: линейной (полифосфазены), разветвленной, лестничной или пространственной (трехмерной, сетчатой), как у кварца ($SiO_2$). Благодаря разнообразию элементов, способных образовывать полимерные цепи, и различным типам химических связей (ковалентных, ионно-ковалентных), неорганические полимеры обладают широким спектром уникальных свойств: высокой термостойкостью, химической инертностью, негорючестью, диэлектрическими свойствами.

Ответ: Неорганические полимеры — это макромолекулярные соединения, главная цепь которых построена из атомов любых элементов, кроме углерода. Они могут иметь различное строение (линейное, сетчатое) и свойства, определяемые элементами в их составе.

Предложите классификацию этих полимеров по различным признакам.

Неорганические полимеры можно классифицировать по нескольким ключевым признакам:

1. По составу основной цепи:
   • Гомоцепные — основная цепь состоит из атомов одного и того же элемента. Примеры: пластическая сера $(-S-)_n$, полисиланы $(-SiR_2-)_n$, полигерманы $(-GeR_2-)_n$. Такие полимеры встречаются реже.
   • Гетероцепные — основная цепь построена из атомов разных элементов. Это наиболее обширный класс. Примеры: полисилоксаны (силиконы) $(-SiR_2-O-)_n$, полифосфазены $(-N=PR_2-)_n$, полифосфаты, силикаты (кварц, слюда).
2. По строению (топологии) макромолекул:
   • Линейные — макромолекулы представляют собой длинные цепи (например, полифосфазены).
   • Разветвленные — макромолекулы имеют боковые ответвления от основной цепи.
   • Сетчатые (пространственные) — макромолекулы образуют трехмерную сетку. Такие полимеры обычно очень твердые и тугоплавкие. Примеры: кварц ($SiO_2$), алмаз, нитрид бора ($BN$).
   • Слоистые — состоят из плоских двумерных сеток, слабо связанных между собой (например, графит, слюда, черный фосфор).
   • Ленточные (или лестничные) — состоят из двух параллельных цепей, соединенных поперечными связями (например, некоторые силикаты, как асбест).
3. По происхождению:
   • Природные — существуют в природе и составляют основу многих минералов. Примеры: кварц, графит, асбест, слюда, глина (алюмосиликаты).
   • Синтетические — получены искусственным путем в лаборатории или промышленности. Примеры: силиконовые каучуки и масла, полифосфазены, карборунд ($SiC$), боросиликатное стекло.

Ответ: Неорганические полимеры классифицируют по составу основной цепи (гомо- и гетероцепные), по строению макромолекул (линейные, разветвленные, сетчатые, слоистые) и по происхождению (природные и синтетические).

Какова роль таких полимеров в неживой природе?

Роль неорганических полимеров в неживой природе является фундаментальной. Они составляют основу литосферы — твердой оболочки Земли. Подавляющее большинство минералов и горных пород по своей химической структуре являются неорганическими полимерами.

• Силикаты и алюмосиликаты: Это самый распространенный класс неорганических полимеров на планете. Основой их структуры является кремнекислородный тетраэдр $[SiO_4]^{4-}$. В зависимости от способа соединения этих тетраэдров друг с другом образуются полимеры различной структуры:
  • Каркасные (сетчатые) полимеры: Кварц ($SiO_2$) и полевые шпаты — основа таких пород, как гранит, и главный компонент песка.
  • Слоистые полимеры: Слюды и глинистые минералы (например, каолинит). Их слоистая структура определяет способность легко расщепляться на тонкие пластинки (слюда) или пластичность и способность к набуханию (глины), что критически важно для формирования почв.
  • Цепочечные и ленточные полимеры: Пироксены и амфиболы (например, асбест). Волокнистое строение асбеста напрямую связано с его полимерной структурой.
• Полимерные формы углерода: Алмаз и графит являются аллотропными модификациями углерода с полимерным строением. Алмаз — это трехмерный каркасный полимер, что обуславливает его исключительную твердость. Графит — слоистый полимер, что объясняет его мягкость и способность оставлять след на бумаге.
• Вода в твердом состоянии: Лед также можно рассматривать как неорганический полимер, где молекулы воды ($H_2O$) соединены в упорядоченную трехмерную сетку с помощью водородных связей.

Таким образом, неорганические полимеры определяют геологическое строение нашей планеты, физические свойства (твердость, плотность, спайность) минералов и горных пород, а также являются основой для формирования почв, играя ключевую роль в круговороте веществ в природе.

Ответ: В неживой природе неорганические полимеры играют роль основного "строительного материала" земной коры. Минералы, такие как кварц, слюда, глина, а также горные породы, являются природными неорганическими полимерами, структура которых определяет их физические свойства и геологическую функцию.