В природе существуют элементоорганические, органические и неорганические полимеры. К неорганическим относят материалы, главная цепь которых неорганическая, а боковые ответвления не являются углеводородными радикалами. К формированию полимеров неорганического происхождения наиболее склонны элементы III-VI групп периодической системы химических элементов.
Классификация
Органические и неорганические полимеры активно исследуются, определяются их новые характеристики, поэтому четкой классификации этих материалов еще не выработано. Впрочем, можно выделить определенные группы полимеров.
В зависимости от структуры:
- линейные;
- плоские;
- разветвленные;
- полимерные сетки;
- трехмерные и другие.
В зависимости от атомов главной цепи, образующих полимер:
- гомоцепные типа (-M-)n - состоят из одного вида атомов;
- гетероцепные типа (-M-L-)n - состоят из различных видов атомов.
В зависимости от происхождения:
- природные;
- искусственные.
Для отнесения к неорганическим полимерам веществ, которые в твердом состоянии представляют собой макромолекулы, необходимо также наличие в них определенной анизотропии пространственного строения и соответствующих свойств.
Основные характеристики
Более распространенными являются гетероцепные полимеры, в которых происходит чередование электроположительных и электроотрицательных атомов, например B и N, P и N, Si и O. Получить гетероцепные неорганические полимеры (НП) можно с помощью реакций поликонденсации. Поликонденсация оксоанионов ускоряется в кислой среде, а поликонденсация гидратированных катионов - в щелочной. Поликонденсация может быть проведена как в растворе, так и в при наличии высокой температуры.
Многие из гетероцепных неорганических полимеров можно получить только в условиях высокотемпературного синтеза, например, непосредственно из простых веществ. Образование карбидов, которые являются полимерными телами, происходит при взаимодействии некоторых оксидов с углеродом, а также при наличии высокой температуры.
Длинные гомоцепные цепи (со степенью полимеризации n>100) образуют карбон и p-элементы VI группы: сера, селен, теллур.
Неорганические полимеры: примеры и применение
Специфика НП заключается в образовании полимерных с регулярной трехмерной структурой макромолекул. Наличие жесткого каркаса химических связей предоставляет таким соединениям значительную твердость.
Указанное свойство позволяет использовать в качестве неорганические полимеры. Применение этих материалов нашло широчайшее применение в промышленности.
Исключительная химическая и термическая стойкость НП является также ценным свойством. Например, армирующие волокна, изготовленные из органических полимеров, устойчивы на воздухе до температуры 150-220 ˚С. Между тем борное волокно и его производные остаются устойчивыми до температуры 650 ˚С. Именно поэтому неорганические полимеры являются перспективными для создания новых химически и термостойких материалов.
Практическое значение также имеют НП, которые одновременно являются и приближающимися по свойствам к органическим, и сохраняющими свои специфические свойства. К таким относят фосфаты, полифосфазены, силикаты, полимерные с различными боковыми группами.
Полимеры углерода
Задание: «Приведите примеры неорганических полимеров», - часто встречается в учебниках по химии. Целесообразно его выполнять с упоминанием самых выдающихся НП - производных углерода. Ведь сюда входят материалы с уникальными характеристиками: алмазы, графит и карбин.
Карбин - искусственно созданный, малоизученный линейный полимер с непревзойденными показателями прочности, не уступающими, а согласно ряду исследований и превосходящими графен. Впрочем, карбин - вещество таинственное. Ведь не все ученые признают его существование как самостоятельного материала.
Внешне выглядит как металло-кристаллический черный порошок. Имеет полупроводниковые свойства. Электропроводность карбина значительно увеличивается под действием света. Он не теряет этих свойств даже при температуре до 5000 ˚С, что намного выше, чем для других материалов подобного назначения. Получен материал в 60-х В.В. Коршаком, А.М. Сладковым, В.И. Касаточкиным и Ю.П. Кудрявцевым путем каталитического окисления ацетилена. Самое сложное было определить вид связей между атомами углерода. Впоследствии было получено вещество только с двойными связями между атомами углерода в Институте элементоорганических соединений АН СССР. Новое соединение назвали поликумулен.
Графит - в этом упорядоченность распространяется только в плоскости. Его слои соединены не химическими связями, а слабыми межмолекулярными взаимодействиями, поэтому он проводит тепло и ток и не пропускает свет. Графит и его производные - достаточно распространенные неорганические полимеры. Примеры их использования: от карандашей до атомной промышленности. Окисляя графит, можно получить промежуточные продукты окисления.
Алмаз - его свойства принципиально другие. Алмаз является пространственным (трехмерным) полимером. Все атомы углерода скрепляются между собой прочными ковалентными связями. Потому этот полимер является чрезвычайно прочным. Алмаз не проводит ток и тепло, имеет прозрачную структуру.
Полимеры бора
Если вас спросят о том, какие неорганические полимеры вам известны, смело отвечайте - полимеры бора (-BR-). Это достаточно обширный класс НП, широко применяемый в промышленности и науке.
Карбид бора - его формула правильнее выглядит так (B12C3)n. Его элементарная ячейка - ромбоэдрическая. Каркас образуют двенадцать ковалентно связанных атомов бора. А в середине его - линейная группа из трех ковалентно связанных атомов углерода. В результате образуется очень прочная конструкция.
Бориды - их кристаллы образованы подобно вышеописанному карбиду. Наиболее стойкий из них HfB2, который плавится только при температуре 3250 °C. Наибольшей химической стойкостью отмечается TaB2 - на него не действуют ни кислоты, ни их смеси.
Нитрид бора - его часто называют белым тальком за сходство. Это сходство действительно лишь внешнее. Структурно он аналогичен графиту. Получают его, нагревая бор или его оксид в атмосфере аммиака.
Боразон
Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит - сверхтвердые неорганические полимеры. Примеры их применения: изготовление абразивных материалов, обработка металлов. Это химически инертные вещества на основе бора. По твердости ближе прочих материалов к алмазам. В частности, боразон оставляет царапины на алмазе, последний тоже оставляет царапины на кристаллах боразона.
Впрочем, эти НП имеют несколько преимуществ перед натуральными алмазами: у них большая термостойкость (выдерживают температуру до 2000 °C, алмаз же разрушается при показателях в пределах 700-800 °C) и высокая устойчивость к механическим нагрузкам (они не такие хрупкие). Боразон был получен при температуре 1350 °C и давлении 62000 атмосфер Робертом Венторфом в 1957 году. Аналогичные материалы ленинградскими учеными были получены в 1963 году.
Неорганические полимеры серы
Гомополимер - эта модификация серы имеет линейную молекулу. Вещество не является устойчивым, при колебаниях температуры распадается на октаэдрические циклы. Образуется в случае резкого охлаждения расплава серы.
Полимерная модификация сернистого ангидрида. Очень похожа на асбест, имеет волокнистую структуру.
Полимеры селена
Серый селен - полимер со спиралевидными линейными макромолекулами, вложенными параллельно. В цепях атомы селена связаны ковалентно, а макромолекулы связаны молекулярными связями. Даже расплавленный или растворенный селен не распадается на отдельные атомы.
Красный или аморфный селен тоже полимер цепной, но малоупорядоченной структуры. В температурном промежутке 70-90 ˚С он приобретает каучукоподобные свойства, переходя в высокоэластичное состояние, чем напоминает органические полимеры.
Карбид селена, или горный хрусталь. Термически и химически устойчивый, достаточно прочный пространственный кристалл. Пьезоэлектрик и полупроводник. В искусственных условиях его получили при реакции и угля в электропечи при температуре около 2000 °C.
Прочие полимеры селена:
- Моноклинный селен - более упорядоченный, чем аморфный красный, но уступает серому.
- Диоксид селена, или (SiO2)n - представляет собой трехмерный сетчатый полимер.
- Асбест - полимер оксида селена волокнистой структуры.
Полимеры фосфора
Существует много модификаций фосфора: белый, красный, черный, коричневый, фиолетовый. Красный - НП мелкокристаллического строения. Получается нагревом белого фосфора без доступа воздуха при температуре 2500 ˚С. Черный фосфор получен П. Бриджменом при следующих условиях: давление 200000 атмосфер при температуре 200 °C.
Фосфорнитридхлориды - соединения фосфора с азотом и хлором. Свойства этих веществ меняются с ростом массы. А именно уменьшается их растворимость в органических веществах. Когда молекулярная масса полимера достигает нескольких тысяч единиц, образуется каучукоподобное вещество. Это единственный достаточно термостойкий безуглеродный каучук. Он разрушается только при температуре свыше 350 °C.
Вывод
Неорганические полимеры в большинстве своем - вещества с уникальными характеристиками. Их применяют на производстве, в строительстве, для разработки инновационных и даже революционных материалов. По мере изучения свойств известных НП и создания новых, сфера их применения расширяется.
Классификация по способу получения (происхождения)
Классификация по горючести
Классификация по поведению при нагревании
Классификация полимеров по структуре макромолекул
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ
Синтез полимеров.
Полимером называют химическое вещество, имеющее большую молекулярную массу и состоящее из большого числа периодически повторяющихся фрагментов, связанных химическими связями. Указанные фрагменты называются элементарными звеньями.
Таким образом, признаки полимеров следующие: 1. очень большая молекулярная масса (десятки и сотни тысяч). 2. цепное строение молекул (чаще простые связи).
Следует отметить, что полимеры уже сегодня успешно конкурируют со всеми другими материалами, используемыми человечеством с древности.
Применение полимеров:
Полимеры биологического и медицинского назначения
Ионно - и электронно-обменные материалы
Тепло- и термостойкие пластики
Изоляторы
Строительные и конструкционные материалы
ПАВы и материалы, стойкие к агрессивной среде.
Быстрое расширение производства полимеров привело к тому, что их пожароопасность (а все они горят лучше, чем дерево) стала национальным бедствием для многих стран. При их горении и разложении образуются различные вещества, в основном токсичные для человека. Знать опасные свойства образующихся веществ необходимо для успешной борьбы с ними.
Классификация полимеров по составу основной цепи макромолекул (наиболее распространенная):
I . Карбоцепные ВМС – основные полимерные цепи построены только из углеродных атомов
II . Гетероцепные ВМС – основные полимерные цепи, помимо атомов углерода, содержат гетероатомы (кислород, азот, фосфор, серу и т.д.)
III . Элементоорганические полимерные соединения – основные цепи макромолекул содержат элементы, не входящие в состав природных органических соединений (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn и др.)
Каждый класс подразделяется на отдельные группы в зависимости от строения цепи, наличия связей, количества и природы заместителей, боковых цепей. Гетероцепные соединения классифицируются, кроме того, с учетом природы и количества гетероатомов, а элементоорганические полимеры – в зависимости от сочетания углеводородных звеньев с атомами кремния, титана, алюминия и т.д.
а) полимеры с насыщенными цепями: полипропилен – [-CH 2 -CH-] n ,
полиэтилен – [-CH 2 -CH 2 -] n ; CH 3
б) полимеры с ненасыщенными цепями: полибутадиен – [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n ;
в) галоген замещенные полимеры: тефлон – [-CF 2 -CF 2 -] n , ПВХ – [-CH 2 -CHCl-] n ;
г) полимерные спирты: поливиниловый спирт – [-CH 2 -CH-] n ;
д) полимеры производных спиртов: поливинилацетат – [-CH 2 -CH-] n ;
е) полимерные альдегиды и кетоны: полиакролеин – [-СН 2 -СН-] n ;
ж) полимеры карбоновых кислот: полиакриловая кислота – [-СН 2 -СН-] n ;
з) полимерные нитрилы: ПАН – [-СН 2 -СН-] n ;
и) полимеры ароматических углеводородов: полистирол – [-СН 2 -СН-] n .
а) простые полиэфиры: полигликоли – [-СН 2 -СН 2 -О-] n ;
б) сложные полиэфиры: полиэтиленгликольтерефталат –
[-О-СН 2 -СН 2 -О-С-С 6 Н 4 -С-] n ;
в) полимерные перекиси: полимерная перекись стирола – [-СН 2 -СН-О-О-] n ;
2. Полимеры, содержащие в основной цепи атомы азота:
а) полимерные амины: полиэтилендиамин – [-СН 2 –СН 2 –NН-] n ;
б) полимерные амиды: поликапролактам – [-NН-(СH 2) 5 -С-] n ;
3.Полимеры, содержащие в основной цепи одновременно атомы азота и кислорода – полиуретаны: [-С-NН-R-NН-С-О-R-О-] n ;
4.Полимеры, содержащие в основной цепи атомы серы:
а) простые политиоэфиры [-(СН 2) 4 – S-] n ;
б) политетрасульфиды [-(СН 2) 4 -S - S-] n ;
5.Полимеры, содержащие в основной цепи атомы фосфора,
например: O
[- P – O-CH 2 -CH 2 -O-] n ;
1.Кремнийорганические полимерные соединения
а) полисилановые соединения R R
б) полисилоксановые соединения
[-Si-O-Si-O-] n ;
в) поликарбосилановые соединения
[-Si-(-C-) n -Si-(-C-) n -] n ;
г) поликарбосилоксановые соединения
[-O-Si-O-(-C-) n -] n ;
2. Титанорганические полимерные соединения, например:
OC 4 H 9 OC 4 H 9
[-O – Ti – O – Ti-] n ;
OC 4 H 9 OC 4 H 9
3. Алюминийорганические полимерные соединения, например:
[-O – Al – O – Al-] n ;
Макромолекулы могут иметь линейную, разветвленную и пространственную трехмерную структуру.
Линейные полимеры состоят из макромолекул линейной структуры; такие макромолекулы представляют собой совокупность мономерных звеньев (-А-) , соединённых в длинные неразветвлённые цепи:
nA ® (…-A - A-…) m + (…- A - A -…) R + …., где (…- А - А -…) - макромолекулы полимера с различным молекулярным весом.
Разветвлённые полимеры характеризуются наличием основных цепях макромолекул боковых ответвлений, более коротких, чем основная цепь, но также состоящих из повторяющихся мономерных звеньев:
…- A – A – A – A – A – A – A- …
Пространственные полимеры с трёхмерной структурой характеризуются наличием цепей макромолекул, связанных между собой силами основных валентностей при помощи поперечных мостиков, образованных атомами (-В-) или группами атомов, например мономерными звеньями (-А-)
A – A – A – A – A – A – A –
A – A – A – A – A – A –
A – A – A – A – A – A -
Пространственными полимерами с частым расположением поперечных связей называют - сетчатые полимеры. Для трёхмерных полимеров понятие молекула теряет смысл, так как в них отдельные молекулы соединены между собой во всех направлениях, образуя огромные макромолекулы.
термопластичные - полимеры линейной или разветвлённой структуры, свойства которых обратимы при многократном нагревании и охлаждении;
термореактивные - некоторые линейные и разветвлённые полимеры, макромолекулы которых при нагревании в результате происходящих между ними химических взаимодействий соединяются друг с другом; при этом образуются пространственные сетчатые структуры за счёт прочных химических связей. После прогрева, термореактивные полимеры обычно становятся неплавкими и нерастворимыми – происходит процесс их необратимого отверждения.
Эта классификация весьма приближенная, так как воспламенение и горение материалов зависят не только от природы материала, но и от температуры источника зажигания, условий воспламенения, формы изделия или конструкций и т.д.
Согласно этой классификации полимерные материалы делят на горючие, трудногорючие и негорючие. Из сгораемых материалов выделяют трудновоспламеняемые, а из них и трудносгораемые - самозатухающие.
Примеры сгораемых полимеров: полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, поливинилацетат, эпоксидные смолы, целлюлоза и т.д.
Примеры трудносгораемых полимеров: ПВХ, тефлон, фенолформальдегидные смолы, мочевиноформальдегидные смолы.
Природные (белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы) (животного и
Синтетические (полиэтилен, полипропилен и т. д.);
Искусственные (химическая модификация природных полимеров – эфиры
целлюлозы).
Неорганические: кварц, силикаты, алмаз, графит, корунд, карбин, карбид бора и т. д.
Органические: каучуки, целлюлоза, крахмал, органическое стекло и
Неорганические полимеры - высокомолекулярные соединения, которые состоят полностью из неорганических атомных звеньев.
Особенностью неорганических полимеров является то, что они образуются в неживой природе. Они также распространены в минеральном мире, как и органические полимеры в живой природе. Неорганические полимеры образуют окислы кремния, алюминия и других многовалентных элементов, которые имеют на земле наибольшее распространение. Более 50% всей массы земного шара состоит из кремниевого ангидрида, а в наружной части земной коры (гранитный слой) его содержание достигает 60%, причем большая часть кремния находится в виде полимеров чистого кремниевого ангидрида и сложных силикатов.
Многие ювелирные камни также являются полимерами. Так, горный хрусталь и аметист - почти чистый полимерный кремниевый ангидрид; рубин, сапфир, корунд - полимер окн-си алюминия. Алмаз, графит - это полимеры углерода.
Кварц - важнейшая составная часть горных пород и песка - представляет собой модификацию кремниевого ангидрида. Следовательно, стеклянные изделия, получаемые путем плавления песка, состоят из полимеров кремниевого ангидрида.
Глина состоит из высокомолекулярных алюмосиликатов переменного состава, поэтому получаемые из нее керамические изделия также содержат неорганические полимеры.
Неорганические полимеры в зависимости от происхождения подразделяются на природные, искусственные и синтетические.
Природные полимеры образуются в природе и относятся чаще к сырьевым ресурсам. Товарами они становятся лишь после их добычи и технологической обработки, чаще механической, путем шлифовки, огранки и других операций. Примером могут служить алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные и поделочные камни. Наиболее распространенными природными полимерами являются полисилоксаны, полиалюматы и полиуг-лсроды. К последним относится алмаз, графит, каменный и бурый уголь, карбин (минерал чароит). В чистом виде эти полимеры встречаются редко, чаще с примесями других минеральных и органических веществ.
Искусственные полимеры образуются из природного полимерного сырья путем переплавки и других операций технологического производства. Примером таких полимеров могут служить стекло, керамика и изделия из них (стеклянная, керамическая посуда и др.).
Синтетические полимеры - высокомолекулярные соединения, создаваемые синтетическим путем. К ним можно отнести синтетические поделочные камни: корунды, фианиты, рубины и т. п. По многим потребительским свойствам (цвету, блеску и т. п.) эти полимеры не уступают природным. Однако есть и отличия. Например, бриллианты превосходят фианиты по прозрачности, особенно заметной при большом увеличении.
Газы
Газы - составная часть многих товаров с пористой структурой, клеточным строением или специально насыщаемых (наполняемых) газами. В количественном соотношении газы зани-
§ 3. Сухие неорганические вещества
мают небольшой удельный вес в товарах, однако для некоторых из них они имеют существенное значение для качества.
Наиболее распространенными являются газы атмосферного воздуха (Н 2 , Ы 2 , О 2 , СО 2) в том же или измененном (модифицированном) соотношении, что и нормальный газовый состав (21% О 2 , 78% Ы 2 , 0,03% СО 2 и инертные газы). Именно такой состав характерен для большинства товаров с пористой структурой. У «живых» товаров газы находятся в межклеточном пространстве, при этом газовый состав изменяется за счет дыхания, интенсивности вывода СО 2 и поступления в ткани О а, а также газов из окружающей среды. Сохраняемость таких товаров зависит от газового состава внутренней и внешней среды. При неблагоприятном газовом составе (например, отсутствии О 2 или избытке СО 2) могут возникать значительные дефекты, приводящие к гибели, а затем и порче живых организмов товаров.
Газы поступают в товары из атмосферного воздуха через поры, микрокапилляры и другие отверстия на поверхности (например, у плодов и овощей есть устьица, чечевички). Кроме того, газы могут образовываться биологическим или химическим путем в процессе производства или хранения. Например, при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, спирта, вин, квашеных овощей, сыров за счет спиртового и/или молочнокислого брожения выделяется углекислый газ, который формирует пористую структуру готовой продукции или создает игристый эффект (у игристых вин).
При производстве некоторых товаров их искусственно насыщают газами. Так, в шипучие вина и газированные напитки вводят углекислый газ (диоксид углерода), массовая доля которого служит одним из идентифицирующих признаков ассортиментной принадлежности вида и разновидности товара (сильно- и слабогазированные напитки). Повышенное содержание СО 2 улучшает также сохраняемость газированных, шипучих и игристых напитков, придает кислый вкус.
Многие товары пенистой структуры производят путем сбивания и насыщения массы воздухом. К таким товарам относится пастила, суфле, косметические пенки и т. п. Пористая структура хлебобулочных изделий формируется за счет газов, образующихся при брожении.
К числу неорганических газов относят и аммиак, который является одним из продуктов распада белков и аминокислот.
Наряду с указанными газами, при производстве и хранении могут образовываться или вводиться и другие газы. Так, воздушные шарики заполняют водородом перед продажей. При брожении капусты выделяется сероводород и меркаптан - се-росодержащие газы, придающие продукции неприятный запах, поэтому их необходимо удалять. При микробиологической порче некоторых пищевых продуктов выделяются газы с гнилостным запахом.
Газы, попадающие к массу продукции, могут вызывать образование внутренних пустот (раковин, полостей и т. п.), что снижает качество товаров. Такие дефекты иногда встречаются у металлических, керамических, стеклянных изделий, а также в хлебе, сырах, колбасах и других изделиях.
Таким образом, содержащиеся в товарах газы, несмотря на низкое их содержание, могут влиять на формирование и изме™ нение товароведных характеристик товаров.
Органические вещества товаров - это соединения, в состаЩ) которых входят атомы углерода и водорода. Они подразделяют*! ся на мономеры, олигомеры и полимеры.
Мономеры
Мономеры - органические вещества, состоящие из одного соединения и не подвергающиеся расщеплению с образованием новых органических веществ. Распад мономеров происходит в основном до углекислого газа и воды.
Перечень основных веществ, относящихся к мономерам, представлен на рис. 25. Большинство из этих веществ характерны в основном для пищевых продуктов. В непродовольственных товарах мономеры встречаются в парфюмерно-косметической продукции (спирты, глицерин, жирные органические кислоты), изделиях бытовой химии (спирты и другие органические растворители), нефтепродуктах (углеводороды).
Моносахариды - мономеры, относящиеся к классу углеводов, в состав молекулы которых входят углерод, водород и кислород (СН 2 О) П. Наибольшее распространение из них имеют гексозы (С 6 Н| 2 О 6) - глюкоза и фруктоза. Они встречаются в основном в пищевых продуктах растительного происхождения
§ 4. Сухие органические вещества
(плодах и овощах, вкусовых напитках и кондитерских изделиях). Промышленностью выпускается также чистая глюкоза и фруктоза как продукт питания и сырье для производства кондитерских изделий и напитков для диабетиков. Из натуральных продуктов больше всего глюкозы и фруктозы (до 60%) содержит мед.
Моносахариды придают продуктам сладкий вкус, обладают энергетической ценностью (1 г - 4 ккал) и влияют на гигроскопичность содержащих их продуктов. Растворы глюкозы и фруктозы хорошо сбраживаются дрожжами и используются другими микроорганизмами, поэтому при содержании до 20% и повышенном содержании воды ухудшают сохраняемость.
Органические кислоты - соединения, в составе молекулы которых находится одна или несколько карбоксильных групп (-СООН).
В зависимости от числа карбоксильных групп органические кислоты подразделяются на моно-, ди- и трикарбоновые кислоты. Другими классификационными признаками этих кислот служит Число атомов углерода (от С 3 до С 4 о), а также амино- и фенольных групп. Классификация органических кислот представлена на рис. 26.
Монокарбоновые кислоты - соединения, содержащие одну карбоксильную группу; представлены уксусной, молочной, масляной, пропионовой и другими кислотами. Дикарбоновые кислоты ~ соединения с двумя карбоксильными группами; включают яблочную, щавелевую, винную и янтарную кислоты. Трикарбоновые кислоты - соединения е тремя карбоксильными группами, к ним относятся лимонная, щавелево-янтарная и другие кислоты. Моно-, ди- и трикарбоновые кислоты относятся, как правило, к низкомолекулярным.
Природные органические кислоты содержатся в свежих плодах и овощах, продуктах их переработки, вкусовых товарах, а также в кисломолочных продуктах, сырах, кисломолочном сливочном масле.
Органические кислоты - соединения, придающие продуктам кислый вкус. Поэтому они используются в виде пищевых добавок в качестве подкислителей (уксусная, лимонная, молочная и другие кислоты) для сахаристых кондитерских изделий, алкогольных и безалкогольных напитков, соусов, а также некоторых косметических товаров (кремов и т. п.).
Наибольшее распространение в пищевых продуктах имеют молочная, уксусная, лимонная, яблочная и винная кислоты, а в непродовольственных товарах - лимонная кислота. Отдельные виды кислот (лимонная, бензойная, сорбиновая) обладают бактерицидными свойствами, поэтому их используют в качестве консервантов. Органические кислоты пищевых продуктов относятся к дополнительным энергетическим веществам, так как при их биологическом окислении выделяется энергия.
Жирные кислоты - карбоновые кислоты алифатического ряда с не менее шести атомов углерода в молекуле (С 6 -С 22 и выше). Они подразделяются на высшие (ВЖК) и низкомолекулярные (НЖК).
Жирные кислоты могут быть природными и синтетическими. Природные жирные кислоты - преимущественно одноосновные кислоты с четным числом атомов углерода. Наиболее распространены природные высшие жирные кислоты с 12- 18 атомами углерода в молекуле. Жирные кислоты с числом атомов водорода от С 6 до С, 0 называют низкомолекулярными.
§ 4. Сухие органические вещества
ВЖК могут быть насыщенными и ненасыщенными (с двойными, реже тройными связями). Последние обладают высокой химической активностью: могут окисляться по месту разрыва двойных связей, присоединять галогены (йод, хлор и др.), водород (гидрогенизация), кислород.
Свободные ВЖК встречаются в природе редко, в основном как продукты неполного синтеза жиров в незрелых семенах масличных растений или гидролиза жиров при их хранении.
Важнейшие природные насыщенные ВЖК - стеариновая и пальмитиновая, а ненасыщенные - олеиновая, арахидоновая, линолевая и линоленовая. Из них последние две относятся к полиненасыщенным незаменимым жирным кислотам, обусловливающим биологическую эффективность пищевых продуктов. Природные ВЖК могут содержаться в виде жиров во всех жи-росодержащих продуктах, однако в свободном виде они встречаются в небольшом количестве, так же как и НЖК.
Синтетические жирные кислоты (СЖК) - это смесь моно-карбоновых кислот с четным и нечетным числом атомов углерода. Их получают в промышленности из нефтехимического сырья (например, окисление парафина при высоких температурах и атмосферном давлении). СЖК применяют в производстве пластичных смазок, синтетических спиртов, лакокрасочных материалов для улучшения смачиваемости и дисперчирования пигментов, предотвращения их оседания, изменения вязкости красок. Кроме того, СЖК используются при производстве ла-тексов и каучука в качестве эмульгатора при полимеризации бутадионсодержащих мономеров и искусственной кожи, а также в свечном производстве.
Синтетические ВЖК отличаются от природных большим диапазоном числа атомов углерода - от С 6 до С 25 , в то время как в природных ВЖК этот диапазон значительно меньше (С ]2 -С 18 , главным образом С 16 и С 18).
ВЖК в свободном виде - умеренно токсичные вещества, они оказывают раздражающее действие на неповрежденную кожу и слизистые оболочки. Поэтому их содержание в пищевых продуктах ограничивается определенным, максимально допустимым уровнем показателя «кислотное число».
Аминокислоты ~ карбоновые кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп (МН 2). В зависимости от природы кислотной фракции они подразделяются на моноаминомонокар-боновые (например, глицин, валин, лейцин и др.), диаминомонокарбоновые (лизин, аргинин), гидрооксиаминокислоты (серии, треонин, тирозин), тиоаминокислоты (серосодержащие - цис-* тин, цистеин, метионин) и гетероциклические (гистидин, трип-**: тофан, пролин).
Аминокислоты в товарах могут находиться в свободном виде;, и в составе белков. Всего известно около 100 аминокислот, из. них почти 80 встречаются только в свободном виде. Плотами-* новая кислота и ее натриевая соль широко применяются в ка^ честве пищевой добавки в составе приправ, соусов, пищевых " концентратов на мясной и рыбной основах, так как усиливают; вкус мяса и рыбы. Ароматические аминокислоты используют; при производстве красителей. г Фенолкарбоновые (фенольные) кислоты - карбоновые кисло-;, ты, содержащие бензольное кольцо. Они могут встречаться в! свободном виде, а также входить в состав полифенолов. К фе-!, нольным относятся галловая, кофейная, ванилиновая, салици- т ловая, оксибензойная и коричные кислоты. Эти кислоты обладают бактерицидными свойствами, улучшают сохраняемость? товаров и повышают иммунные свойства организма человека. < Они содержатся в основном в свежих плодах и овощах, а также.* в продуктах их переработки и винах. I Амины и амиды - производные аммиака (МН 3). Амины - вещества, в молекуле которых один или несколько атомов во-; дорода замещены углеводородными радикалами (К). По числу- 1 , аминогрупп различают моно-, ди-, три- и полиамины. Назва-*; 1 , ния аминов образуют из названий органических остатков моле- 1 ^ кул, связанных с атомом азота. Например, метиламин, диметил-Ц амин, триметиламин образуются при гидролизе белков рыбы и мяса и служат признаком утраты свежести этих продуктов. а Амины придают продуктам неприятные запахи: аммиачный,*! гнилостный (запах гнилой рыбы).
Амины легко вступают в различные химические реакции с неорганическими и органическими кислотами, ангидридами карбоновых кислот, сложными эфирами с образованием различных веществ: нитрозаминов (с азотной кислотой и нитритами) красителей, полиамидов (при поликонденсации аминов и их производных), амидов.
Амины - промежуточные продукты при производстве красителей, пестицидов, полимеров (в том числе полиамидов и по-лиуретанов), адсорбентов, ингибиторов коррозии, антиокси-дантов.
§ 4. Сухие органические вещества
Амиды - ацилпроизводные аммиака или аминов. Природные амиды входят в состав пищевых продуктов (в основном в виде амидов аспарагиновой и глютаминовой кислот: аспараги-на и глютамина), а также непродовольственных товаров, при производстве которых используются синтетические амиды (например, пластификаторы бумаги, искусственной кожи, сырье для полимеров, красителей и т. п.).
Свойства. Амины в повышенных дозах оказывают вредное воздействие на организм человека: поражают нервную систему, нарушают проницаемость стенок кровеносных сосудов и клеточных мембран, вызывают нарушение функций печени и развитие дистрофии. Некоторые ароматические амины - канцерогены, вызывающие у человека рак мочевого пузыря.
Аспарагин в организме человека оказывает положительное действие: связывает аммиак, переносит его к почкам, что способствует обезвреживанию и выведению из организма этого сильного яда, образующегося при глубоком распаде белков и дезаминировании аминокислот.
Витамины - низкомолекулярные органические соединения, являющиеся регуляторами или участниками процессов обмена веществ в организме человека.
Витамины могут самостоятельно участвовать в обмене веществ (например, витамины С, Р, А и т. п.) или входить в состав ферментов, катализирующих биохимические процессы (витамины В ь В 2 , В 3 , В 6 и др.).
Кроме указанных общих свойств, каждый витамин имеет специфические функции и свойства. Эти свойства рассматриваются в товароведении продовольственных товаров.
В зависимости от растворимости витамины подразделяются на:
водорастворимые (В, В 2 , В 3 , РР, В 6 , В 9 , В, 2 , В 15 , С и Р
жирорастворимые (А, Д, Е, К).
К группе витаминов относят также витаминоподобные вещества, часть из которых называют витаминами (каротин, холин, витамин и, тартароновая кислота и др.).
Спирты - органические соединения, содержащие в молекулах одну или несколько гидроксильных групп (ОН) у насыщенных атомов углерода (С).
По количеству этих групп различают одно-, двух- (гликоли), трех- (глицерин) и многоатомные спирты.
Одноатомные спирты, содержащие одну гид роке ильную группу в зависимости от числа атомов С, подразделяются на низшие (С,-С 5) и высшие жирные (С 6 -С 2П) спирты. К н и з-шим спиртам относятся метанол (СН 5 ОН), этанол (С 2 Н 5 ОН), пропанол (С 3 Н 7 ОН) и др., а к высшим - гексиловый (С 6 Н П ОН), гептиловый (С 7 Н| 5 ОН), октиловый (С 8 Н, 7 ОН), но-ниловый (С 9 Н, 9 ОН) и другие спирты.
Эти спирты могут быть природными и синтетическими. Природные спирты встречаются в растительных организмах в небольшом количестве п свободном и связанном виде (сложные эфиры). Этиловый спирт получают в качестве готовой продукции в спиртовой промышленности, а также в виноделии, ликеро-водочной, пивоваренной промышленности, при производстве вин, водок, коньяка, рома, виски, пива. В качестве нежелательных примесей образуются метиловый, бутиловый и высшие спирты, снижающие качество и безопасность готовой продукции. Кроме того, этиловый спирт в небольших количествах образуется при производстве кефира, кумыса и кваса. Высшие жирные спирты в пищевых продуктах не встречаются в свободном виде, а присутствуют в виде эфира в восках.
Спирты, особенно этиловый, входят в состав и ряда непродовольственных товаров: парфюмерно-косметических, бытовой химии в качестве растворителей ароматических и красящих веществ, жирных кислот и жиров. Спирты применяют как сырье для синтеза различных органических соединений (формальдегида, ацетона, диэтилового эфира, сложных эфиров карбоно-вых кислот), а также в производстве красителей, синтетических волокон, душистых веществ, моющих средств и т. п. Метиловый спирт используется в качестве моторного топлива.
Набольшее значение в товарах имеют следующие спирты: этиловый, амиловый, бутиловый, бензиловый, метиловый, про-пидовый, высшие жирные спирты, этилснгликоль.
Свойства. Спирты - жидкости или твердые вещества, хорошо растворимые во многих органических растворителях. Низшие спирты хорошо растворяются в воде, а высшие - плохо.
§ 4. Сухие органические вещества
Многие одноатомные спирты - токсичные вещества. Их токсичность зависит от дозы. Один из наиболее токсичных спиртов - метанол, смертельная доза которого 100-150 мл. Смертельная доза этанола значительно выше - 9 г на 1 кг массы тела. Высшие жирные спирты С 6 -С 10 раздражают слизистые оболочки, слабо - кожу, поражают зрение и паренхимныс ткани. Предельно допустимый уровень для них - 10 мг/м 3 . Спирты С,-С 2П - практически не токсичны.
Двухатомные (гликоли) и многоатомные спирты практически не токсичны, за исключением этиленгликоля, образующего в организме ядовитую щавелевую кислоту.
Особое место среди спиртов занимает глицерин как один из компонентов жиров. Поэтому этот спирт мы рассмотрим более подробно.
Глицерин (от греч. ё1укего$ - сладкий) - трехатомный спирт, представляющий собой бесцветную вязкую жидкость сладкого вкуса без запаха. Он смешивается в любых соотношениях с водой, этанолом, метанолом, ацетоном, но нерастворим в хлороформе и эфире, обладает высокой гигроскопичностью. Глице-риново-водные растворы замерзают при низких температурах (например, водная смесь с 66,7% глицерина замерзает при температуре -46,5 °С).
В природе глицерин встречается только в виде эфиров с высшими жирными кислотами - жиров, из которых его и получают путем омыления. Глицерин входит в состав ряда парфюмерно-косметических изделий, ликеров, сахаристых кондитерских изделий. Кроме того, он используется в качестве мяг-чителя для тканей, кожи, бумаги, смазок, кремов для обуви, мыла.
Углеводороды - органические соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода. Различают алифатические и ациклические углеводороды. Алифатические углеводороды характеризуются наличием линейных или разветвленных цепей (метан, этан, ацетилен, изопрен). В отличие от них ациклические углеводороды имеют молекулы, состоящие из циклов (колец) трех и более атомов углерода (например, фенол, бензол).
В зависимости от химической природы различают насыщенные (с простыми связями) и ненасыщенные (двойные, тройные связи), а по консистенции - газообразные, жидкие и твердые углеводороды. К газообразным веществам относятся низшие углеводороды (С,-С 4): метан, этан, пропан, бутан и изобутан, причем метан и пропан используются как бытовой газ, топливо и сырье для перерабатывающей промышленности. Эти газы не имеют цвета и запаха.
Жидкие углеводороды представлены веществами, имеющими количество атомов углерода от С 5 до С 17 . Это бесцветные жидкости с характерным «бензиновым» запахом. К ним относятся пентан, изопентан, гексан, гептан, октан, нонант и др.
Твердые углеводороды - это бесцветные вещества, относящиеся к высшим насыщенным углеводородам с С 18 и более (например, эйкозан, гектан и др.)- Смесь твердых насыщенных углеводородов (С 18 -С 35) представляет собой парафин, а смесь различных газообразных, жидких и твердых углеводородов, получаемых из нефти, - нефтепродукты.
Насыщенные углеводороды входят в состав бытового газа, моторного топлива. Жидкие углеводороды применяют в качестве растворителей, твердые (парафин, перезин) - при производстве пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств. Парафин используется при производстве свечей, спичек, карандашей, для защитных покрытий тары (например, дошников для квашения капусты), упаковочных материалов (вощеная бумага), апперетирования тканей, а также для производства синтетических жирных кислот.
Ненасыщенные углеводороды широко применяют в химической промышленности для получения синтетических полимеров: полиэтилена, полипропилена, различных каучуков, уксусной кислоты.
В природе ненасыщенные углеводороды встречаются редко из-за их высокой реакционной способности. Так, этилен образуется при созревании плодов и овощей, ускоряя этот процесс на материнском растении и при хранении. Терпены - высшие ненасыщенные углеводороды входят в состав эфирных масел свежих плодов и овощей. Красящие вещества оранжевого и розового цвета - каротин, ликопин, содержащиеся во многих плодах и овощах (абрикосы, персики, облепиха, морковь, тыква, томаты, арбузы и др.), относятся к ненасыщенным углеводородам. Терпены содержатся также в скипидаре и печени акул (сквален).
Завершая рассмотрение мономеров, следует отметить, что за редким исключением они содержатся в продовольственных и непродовольственных товарах растительного и животного про-
§ 4. Сухие органические вещества
исхождения в небольшом количестве. Это объясняется тем, что растения и животные стремятся строить свои ткани за счет полимеров, а запасать резервные вещества в виде олигомеров и полимеров. В неживой природе мономеры чаще накапливаются в углеводородной форме.
Олигомеры
Олигомеры - органические вещества, состоящие из 2-10 остатков молекул однородных и разнородных веществ.
В зависимости от состава олигомеры подразделяются на од-нокомпонентные, двух-, трех- и многокомпонентные. К одно-компонентным олигомерам относятся некоторые олигосахари-ды (мальтоза, трегалоза), к двухкомпонентным - сахароза, лактоза, жиры-моноглицериды, в состав которых входят остатки молекул глицерина и только одной жирной кислоты, а также гликозиды, сложные эфиры; к трехкомпонентным - рафиноза, жиры-диглицериды; к многокомпонентным - жирььтриглице-риды, липоиды: фосфатиды, воска и стероиды.
Олигосахариды - углеводы, в состав которых входят 2-10 остатков молекул моносахаридов, связанных гликозидными связями. Различают ди-, три- и тетрасахариды. Наибольшее распространение в пищевых продуктах имеют дисахариды - сахароза и лактоза, в меньшей мере - мальтоза и трегалоза, а также триса-хариды - рафиноза. Указанные олигосахариды содержатся только в пищевых продуктах.
Сахароза (свекловичный, или тростниковый, сахар) - диса-харид, состоящий из остатков молекул глюкозы и фруктозы. При кислотном или ферментативном гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу, смесь которых в соотношении 1: 1 раньше называли инвертным сахаром. В результате гидролиза усиливается сладкий вкус продуктов (например, при созревании плодов и овощей), поскольку фруктоза и инвертный сахар обладают повышенной степенью сладости, чем сахароза. Так, если степень сладости сахарозы принять за 100 условных единиц, степень сладости фруктозы будет равна 220, а инверт-
ного сахара - 130.
Сахароза является преобладающим сахаром следующих пищевых продуктов: сахара-песка, сахара-рафинада (99,7-99,9%), сахаристых кондитерских изделий (50-96), некоторых плодов и овощей (бананы - до 18%, дыни - до 12, лук - до 10-12%),сладких и десертных ароматизированных вин, ликеров, наливок и т. д. Кроме того, сахароза может содержаться в небольших количествах и в других пищевых продуктах растительного происхождения (зерномучных товарах, во многих алкогольных и безалкогольных напитках, слабоалкогольных коктейлях, мучных кондитерских изделиях), а также сладких молочных товарах - мороженом, йогуртах и т. п. Сахароза отсутствует в пищевых продуктах животного происхождения, табачных изделиях и непродовольственных товарах.
Лактоза (молочный сахар) - дисахарид, состоящий из остатков молекул глюкозы и галактозы. При кислотном или ферментативном гидролизе лактоза распадается до глюкозы и галактозы, которые и используются живыми организмами: человека, дрожжей или молочнокислых бактерий.
Лактоза по степени сладости значительно уступает сахарозе и глюкозе, которая входит в ее состав. Уступает она им и по распространенности, так как содержится в основном в молоке разных видов животных (3,1-7,0%) и отдельных продуктах его переработки. Однако при использовании молочнокислого и/или спиртового брожений в процессе производства (например, кисломолочных продуктов) и/или сычужного фермента (при производстве сыров) лактоза полностью сбраживастся.
Мальтоза (солодовый сахар) - дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Это вещество встречается как продукт неполного гидролиза крахмала в солоде, пиве, хлебе и мучных кондитерских изделиях, приготовленных с использованием проросшего зерна. Она содержится только в небольших количествах.
Трегалоза (грибной сахар) - дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Этот сахар мало распространен в природе и содержится в основном в пищевых продуктах одной группы - свежих и сушеных грибах, а также в натуральных консервах из них и дрожжах. В квашеных (соленых) грибах тре-галоза отсутствует, поскольку расходуется при брожении.
Рафиноза - трисахарид, состоящий из остатков глюкозы, фруктозы и галактозы. Как и трегалоза, рафиноза мало распространенное вещество, встречающееся в небольших количествах в зерномучных товарах и свекле.
Свойства. Все олигосахариды являются запасными питательными веществами растительных организмов. Они хорошо растворимы в воде, легко подвергаются гидролизу до моносаха-
§ 4. Сухие органические вещества
ридов, обладают сладким вкусом, но степень их сладости различна. Исключение составляет лишь рафиноза - несладкая на
Олигосахариды гигроскопичны, при высоких температурах (160-200 °С) происходит их карамелизация с образованием темноокрашенных веществ (карамелинов и др.). В насыщенных растворах олигосахариды могут образовывать кристаллы, которые в ряде случаев ухудшают консистенцию и внешний вид продуктов, вызывая образование дефектов (например, засахаривание меда или варенья; образование кристаллов лактозы в сгущенном молоке с сахаром, сахарное поседение шоколада).
Липиды и липоиды - олигомеры, в состав которых входят остатки молекул трехатомного спирта глицерина или других высокомолекулярных спиртов, жирных кислот, а иногда и других
Липиды - это олигомеры, являющиеся сложными эфирами глицерина и жирных кислот - глицеридами. Смесь природных липидов, в основном триглицеридов, принято называть жирами. В товарах содержатся именно жиры.
В зависимости от количества остатков молекул жирных кислот в глицсридах различают моно-, ди- и три&шцериды, а в зависимости от преобладания предельных или непредельных кислот жиры бывают жидкие и твердые. Жидкие жиры бывают чаще всего растительного происхождения (например, растительные масла: подсолнечное, оливковое, соевое и т. п.), хотя есть и твердые растительные жиры (какао-масло, кокосовое, пальмоядровое). Твердые жиры - это в основном жиры животного или искусственного происхождения (говяжий, бараний жир; коровье масло, маргарин, кулинарные жиры). Однако среди животных жиров есть и жидкие (рыбий, китовый, копытный и т. п.)-
Жиры содержатся во всех пищевых продуктах, кроме отдельных их групп, указанных далее в классификации как шестая группа. В непродовольственных товарах жиры содержатся в ограниченном количестве групп: в косметических изделиях (кремах, лосьонах) и в строительных товарах (олифе, масляных красках, замазке, смазочных маслах и т. п.), В небольшом количестве жир находится в меховых и кожаных изделиях, изготовленных из натуральных материалов животного происхождения, так как в состав оболочек и органелл животной клетки обязательно входят липоиды и липиды.
В зависимости от количественного содержания жиров в потребительские товары можно подразделить на следующие*! группы. -,
1. Товары с супервысоким содержанием жиров (97,0-99,9%)." К ним относятся растительные масла, животные и кулинарные жиры, коровье топленое масло, олифа, технические масла.
2. Товары с преимущественным содержанием жиров (60- 82,5%) представлены сливочным маслом, маргарином, шпиком свинины, орехами: грецкими, кедровыми, фундуком, минда* лем, кешью и т. п.; масляными красками.
3. Товары с высоким содержанием жиров (25-59%). В эту группу входят концентрированные молочные продукты: сыры, мороженое, молочные консервы, сметана, творог, сливки с повышенной жирностью, майонез; жирные и средней жирности мясо, рыба и продукты их переработки, икра рыб; яйцо; необезжиренная соя и продукты ее переработки; торты, пирожные, сдобное печенье, орехи, арахис, шоколадные изделия, халва, кремы на жировой основе и др.
4. Товары с низким содержанием жиров (1,5-9,0%) - бобовые крупы, закусочные и обеденные консервы, молоко, сливки, кроме высокожирных, кисломолочные напитки, отдельные виды нежирной рыбы (например, семейства тресковых) или мяса II категории упитанности и субпродуктов (кости, головы, ножки и т. п.).
5. Товары с очень низким содержанием жиров (0,1 - 1,0%) - большинство зерномучных и плодоовощных товаров, кроме сои, орехов, обеденных и закусочных консервов; мучных кондитерских изделий, вошедших в третью группу; меховые и кожаные изделия.
6. Товары, не содержащие жиров (0%) - большинство непродовольственных товаров, кроме вошедших в другие группы, вспомогательные пищевые продукты, вкусовые напитки, сахаристые кондитерские изделия, кроме карамели и конфет с молочными и ореховыми начинками, ириса; сахар; мед; алкогольные, слабоалкогольные и безалкогольные напитки, кроме эмульсионных ликеров на молочной и яичной основах; табачные изделия.
Общие свойства. Жиры являются запасными питательными веществами, обладают самой высокой энергетической ценностью среди других питательных веществ (I г - 9 ккал), а также биологической эффективностью, если содержат лолиненасы-
§ 4. Сухие органические вещества
шенные незаменимые жирные кислоты. Жиры имеют относительную плотность меньше 1, поэтому легче воды. Они нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе и др.). С водой жиры в присутствии эмульгаторов образуют пищевые эмульсии (кремы, маргарин, майонез).
Жиры подвергаются гидролизу при действии фермента липазы или омылению под действием щелочей. В первом случае образуется смесь жирных кислот и глицерина; во втором - мыла (солей жирных кислот) и глицерина. Ферментативный гидролиз жиров может происходить и при хранении товаров. Количество образующихся свободных жирных кислот характеризуется кислотным числом.
Усвояемость жиров во многом зависит от интенсивности липаз, а также температуры плавления. Жидкие жиры с низкой температурой плавления усваиваются лучше, чем твердые с высокой температурой плавления. Высокая интенсивность усвоения жиров при наличии большого количества этих или других энергетических веществ (например, углеводов) приводит к отложению их избытка в виде жира-депо и ожирению. Поэтому при организации рационального питания должны преобладать твердые животные жиры (50-60% суточной потребности).
Жиры, содержащие непредельные (ненасыщенные) жирные кислоты, способны к окислению с последующим образованием перекисей и гидроперекисей, которые оказывают вредное воздействие на организм человека. Товары с прогоркшими жирами утрачивают безопасность и подлежат уничтожению или промпсреработке. Прогоркание жиров служит одним из критериев окончания срока годности или хранения жиросодержащих товаров (овсяной крупы, пшеничной муки, печенья, сыров и др.). Способность жиров к прогорканию характеризуется йодным и псрекисным числами.
Жидкие жиры с высоким содержанием непредельных жирных кислот могут вступать в реакцию гидрогенизации - насыщения таких кислот водородом, при этом жиры приобретают твердую консистенцию и выполняют функцию заменителей некоторых твердых животных жиров. Данная реакция положена в основу производства маргарина и маргариновой продукции.
При высокой температуре жиры плавятся, кипят, а затем и разлагаются с образованием вредных веществ (при температуре более 200 °С).
Липоиды - жироподобные вещества, в состав молекул которых входят остатки глицерина или других высокомолекулярных спиртов, жирных и фосфорной кислот, азотистых и других веществ.
К липоидам относятся фосфатиды, стероиды и воска. От ли-пидов они отличаются наличием фосфорной кислоты, азотистых оснований и других веществ, отсутствующих в липидах. Это более сложные вещества, чем жиры. Большинство их объединяет наличие в составе жирных кислот. Второй компонент - спирт - может иметь разную химическую природу: в жирах и фосфатидах - глицерин, в стероидах - высокомолекулярные циклические спирты-стерины, в восках - высшие жирные спирты.
Наиболее близки по химической природе к жирам фосфатиды (фосфолипиды) - сложные эфиры глицерина жирных и фосфорной кислот и азотистых оснований. В зависимости от химической природы азотистого основания выделяют следующие разновидности фосфатидов: лецитин (новое название - фосфатидилхолин), в составе которого содержится холин; а также кефалин, содержащий этаноламин. Наибольшее распространение в природных продуктах и применение в пищевой промышленности имеет лецитин. Лецитином богаты желтки яиц, субпродукты (мозги, печень, сердце), молочный жир, бобовые крупы, особенно соя.
Свойства. Фосфолипиды обладают эмульгирующими свойствами, благодаря чему лецитин используется в качестве эмульгатора при производстве маргарина, майонеза, шоколада, мороженого, а также некоторых кремов.
Стероиды и воска являются сложными эфирами высокомолекулярных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот (С, 6 -С 3 б)- Они отличаются от других липоидов и липидов отсутствием в их молекулах глицерина, а друг от друга -спиртами: стероиды содержат остатки молекул стеринов - циклических спиртов, а воска - одноатомные спирты с 12-46 атомами С в молекуле. В зависимости от происхождения стерины подразделяются на растительного - фитостерины; животного - зоостерины и микробиологического происхождения - микро-стерины. Основной стерин растений - р-ситостерин, живот-
ных - холестерин, микроорганизмов - эргостерин. Ситосте-рином богаты растительные масла, холестерином - коровье масло, яйцо, субпродукты. В шерсти и мехе животных в значительных количествах содержится холестерин и другие зоостерины, в частности ланостерин.
Свойства. Стероиды нерастворимы в воде, не омыляются щелочами, имеют высокую температуру плавления, обладают эмульгирующими свойствами. Холестерин и эргостерин под воздействием ультрафиолетовых лучей могут превращаться в
витамин О.
Стерины и стероиды встречаются вместе с липидами в пищевых продуктах, а также в шерстяных и меховых изделиях.
Воска подразделяются на природные и синтетические, а природные - на растительные и животные. Растительные воска входят в состав покровных тканей листьев, плодов, стеблей. Некоторые растительные воска (карнаубский, пальмовый) используют в пищевой промышленности в качестве глази-рователей. Животные воска - пчелиный, ланолин овечьей шерсти, спермацет кашалотов - используются при производстве косметических товаров, а пчелиный воск - в качестве глазирователя поверхности пищевых продуктов.
Синтетические воска в зависимости от типа исходного сырья подразделяют на частично и полностью синтетические. Их применяют при производстве политур, защитных композиций, изолирующих материалов, компонентов кремов в косметике и мазей в медицине.
Таким образом, воска встречаются в небольшом количестве в пищевых продуктах растительного происхождения, а также в непродовольственных товарах: косметических (кремы, губная помада, мыло), бытовой химии (мастики для натирки полов, восковые свечи), шерстяных и меховых изделиях (шерстяной
Воска выполняют защитную функцию благодаря своим свойствам: пластичности, химической инертности. Они не смачиваются водой, водонепроницаемы, нерастворимы в воде, этаноле, но растворимы в бензине, хлороформе, диэтиловом
Гликозиды - олигомеры, в которых остаток молекул моноса-харидов или олигосахаридов связан с остатком неуглеводного вещества - аглюкона через гликозидную связь.
К неорганическим относятся полимеры, макромолекулы
которых имеют неорганические главные цепи и не содержат органических боковых радикалов (обрамляющих групп).
Неорганические полимеры классифицируются по происхождению (синтетические и природные), конфигурации макромолекул (линейные, разветвленные, лестничные, регулярные и нерегулярные плоскосетчатые, регулярные и нерегулярные пространственно-сетчатые и т. д.), химической структуре главной цепи - гомоцепные (гомоатомные) и гетероцепные (гетероатомные). Природные неорганические полимеры, относящиеся к группе сетчатых, чрезвычайно распространены и в виде минералов входят в состав земной коры.
Неорганические полимеры отличаются по химическим и физическим свойствам от органических или элементоорганических полимеров главным образом различной электронной структурой главной цепи и отсутствием органических обрамляющих групп. Область существования неорганических полимеров ограничена элементами III-IV групп Периодической системы. Большинство неорганических полимеров относится к категории минералов и кремнийсодержащих материалов.
БЕНТОНИТЫ
Бентонитовые глины - дешевое природное сырье. Благодаря своим физико-химическим свойствам они привлекли большое внимание исследователей всего мира. Бентониты являются дисперсными системами с размером частиц менее 0,01 мм.
Глинистые минералы имеют сложный состав и представляют в основном алюмогидросиликаты.
Различие в строении кристаллических решеток обусловливает неодинаковую степень дисперсности глинистых минералов. Степень дисперсности каолинитовых частиц невелика и определяется порядком нескольких микрон, в то время как монтмориллониты при распаде диспергируются до элементарных ячеек.
Бентониты характеризуются активным физико-химическим взаимодействием с водой. Вследствие образования гидратной оболочки частицы глинистых минералов способны прочно удерживать воду.
Широкое применение нашли бентониты в производстве зубных паст. По существующим рецептурам в зубные пасты входят до 50% глицерина. Однако производство глицерина ограничено дефицитностью сырья, поэтому необходимо найти более дешевый и доступный заменитель глицерина.
Глицерин в зубных пастах способствует стабилизации твердых нерастворимых в воде веществ, предохранению пасты от высыхания, укреплению зубной эмали и в больших концентрациях консервирует их. Для стабилизации твердых нерастворимых веществ в последнее время широко используются монтмориллонитовые глины. Предложено также использовать в зубных пастах вместо карбонита кальция в качестве абразивного средства каолинит. Использование глинистых минералов (монтмориллонита в виде 8% геля и каолинита) в зубных пастах позволяет освободить значительные количества глицерина (до 27%) без ухудшения их свойств, особенно при длительном хранении.
Монтмориллониты могут быть использованы для повышения вязкости суппозиторных основ в суппозиториях, содержащих большие количества лекарственных препаратов. Установлено, что добавление 5-15% монтмориллонита повышает вязкость суппозиторной основы, что обеспечивает равномерное распределение суспендированных лекарственных веществ в основе. Благодаря их адсорбционным свойствам глинистые минералы используются для очистки различных антибиотиков, ферментов, белков, аминокислот, витаминов.
АЭРОСИЛЫ
Аэросилы, так же как и бентониты, относятся к неорганическим полимерам. В противоположность бентонитам, которые являются природным сырьем, аэросилы относятся к синтетическим продуктам.
Аэросилколлоидальная двуокись кремния, представляющая собой очень легкий белый порошок, который в тонком слое кажется прозрачным, голубоватым. Это высокодисперсный, микронизированный порошок с размером частиц от 4 до 40 мкм (в основном 10-30 мкм), плотностью 2,2 г/см3. Особенность аэросила состоит в его большой удельной поверхности - от 50 до 400м2/г.
Существует несколько марок аэросила, которые различаются в основном по величине удельной поверхности, степени гидрофильности или гидрофобности, а также сочетаний аэросила с другими веществами. Стандартный аэросил марок 200, 300, 380 имеет гидрофильную поверхность.
Аэросил получают в результате парофазного гидролиза четыреххлористого коемния в пламени водорода при температуре 1100-1400°С.
Многочисленными исследованиями установлено, что аэросил при применении внутрь хорошо переносится больными и является эффективным средством при лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта и других воспалительных процессов. Имеются сведения, что аэросил способствует сокращению гладкой мускулатуры и сосудов и обладает бактерицидными свойствами.
Благодаря фармакологической активности аэросила он нашел широкое применение в фармации в различных лекарственных формах как при создании новых, так и при совершенствовании существующих.
Аэросил широко применяется для стабилизации суспензий с различной дисперсионной средой и суспензионных масляных линиментов. Введение аэросила в состав масляных и водно-спиртово-глицериновых суспензионных линиментов способствует повышению седиментационной и агрегативной устойчивости этих систем созданию достаточно прочной пространственной структуры, способной удержать в ячейках иммобилизированную жидкую фазу с суспендированными частицами. Установлено, что осаждение частиц твердой фазы в стабилизированных аэросилом масляных линиментах происходит в 5 раз медленнее, чем в нестабилизированных.
В водных и водно-спиртовых суспензиях стабилизирующее действие аэросила обусловлено, в основном, электростатическими силами.
Одним из свойств аэросила является его заглушающая способность. Это свойство используется для получения аэросилсодержащих гелей с целью использования их в качестве мазевых основ, или являются самостоятельными лекарственными препаратами при лечении ран, язв, ожогов.
Изучение биологических свойств аэросилсодержащих гелей показало, что они не оказывают раздражающего и общетоксичеокого действия.
Для мазей неомициновых и неомицин-преднизолоновых (с содержанием неомицина сульфата и преднизолона ацетата соответственно 2 и 0,5%) предложена эсилон-аэросильная основа. Мази, содержащие аэросил, гидрофобны, легко выдавливаются из туб, хорошо удерживаются на коже и обладают пролонгирующим действием.
Аэросил находит широкое применение в качестве вспомогательного вещества в производстве таблеток: он сокращает время распадаемости таблеток, облегчает гранулирование и гидрофилирование липофильных лекарственных веществ, улучшает текучесть, позволяет вводить несовместимые и химически нестойкие лекарственные вещества.
Введение аэросила в суппозиторную массу способствует повышению вязкости, регуляции интервала плавания, придает массе гомогенный характер и уменьшает расслоение, обеспечивает равномерное распределение лекарственных веществ и более высокую точность дозировки, позволяет вводить жидкие и гигроскопические вещества. Суппозитории, содержащие аэросил, не раздражают слизистую оболочку прямой кишки. В пилюлях аэросил используется для сохранности их в сухом виде.
Аэросил входит в состав зубоврачебного пломбировочного материала как наполнитель, обеспечивающий хорошие структурно-механические свойства пломбировочного материала. Он используется также в различных лосьонах, применяемых в парфюмерии и косметике.
Заключение
При подведении итогов курсовой работы, можно сделать вывод о существенной роли высокомолекулярных соединений в технологии лекарственных препаратов. Из приведенной классификации видно, насколько широк спектр использования рассматриваемых соединений, а отсюда вытекает вывод об эффективности их использования в фармацевтическом производстве. Во многих случаях нам не обойтись без их использования. Это имеет место в использовании пролонгированных лекарственных формах, для сохранения стабильности препарата при его хранении, упаковки готовых препаратов. Немаловажную роль высокомолекулярные вещества играют при получении новых лекарственных форм (напр. ТДС).
Но не только в фармации высокомолекулярные соединения нашли свое применение. Эффективно использование их в таких отраслях как пищевая, при производстве СМС, в химическом синтезе, а также других отраслях.
На сегодняшний день, я считаю, рассматриваемые мною соединения в полной мере используются в фарм производстве, но все же, хотя методы и способы их использования давно известны и зарекомендовали себя с положительной стороны, все глубже продолжают изучать их роль и цели при производстве лекарственных препаратов.
Список литературы
1. Биофармация: Учеб. для студ. фармац. вузов и фак./ А.И. Тихонов, Т.Г. Ярных, И.А. Зупанец и др.; Под ред. А.И. Тихонова. – Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2003.– 240 с. ;
2. Гельфман М.И. Коллоидная химия / Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. – С.Пб. и др.: Лань, 2003. - 332 с.;
3. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фармац. вузов и факультетов / Под ред. К.И. Евстратовой. – М.: Высш. шк., 1990. – 487 с.;
4. Машковский М.Д. Лекарственные средства: В 2 т.– 14-е изд., перераб., испр. и доп. – М.: ООО «Издательство Новая Волна», 2000. – Т. 1.– 540 с.;
5. Полимеры медицинского назначения /Под ред. Сэноо Манабу. – М.: Медицина, 1991. – 248 с.;
6. Тихонов А.И., Ярных Т.Г. Технология лекарств: Учеб. для фармац. вузов и фак.: Пер. с укр. / Под ред. А.И. Тихонова. – Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2002. – 704 с.;
7. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 368 с.;
8. Фармацевтическая технология: технология лекарственных форм. Под ред. И.И. Краснюка и Г. В. Михайловой, - М: «Академия», 2004г., 464с.;
9. Энциклопедии полимеров, т. 1, ред. В. А. Каргин, М., 1972 – 77с;
10. Шур А.М., Высокомолекулярные соединения, 3 изд., М., 1981;
11. Алюшин М.Т. Силиконы в фармации, - М., 1970. – 120с.;
12. Муравьев И.А. Физико-химические аспекты использования основообразующих и вспомогательных веществ в лекарственных суспензионных системах: учебн. пособие / И.А. Муравьев, В.Д. Козьмин, И.Ф. Кононихина. – Ставрополь, 1986. – с.61;
13. ПАВ и ВМС в технологии лекарственных форм. Лекарственные средства. Экономика, технология и перспективы получения. Обзор информации/ Г.С. Башура, О.Н. Клименко, З.Н. Ленушко и др. – М.: ВНИИСЖТИ, 1988. – вып. 12. – 52с.;
14. Полимеры в фармации / Под ред. А.И. Тенцовой и М.Т. Алюшина. – М., 1985. 256с.
15. ru.wikipedia.org/wiki/Полимер
16. www. pharm vestnik. ru
В современном мире практически нет человека, который бы не имел хоть какого то представления о полимерах. Полимеры идут по жизни вместе с человеком, делая его жизнь все более удобной и комфортной. При упоминании о полимерах первые ассоциации будут связаны с синтетическими органическими веществами, так как они больше находятся на виду. Полимеры природные - натуральные органические вещества - хоть их и больше в окружающем нас мире, в ассоциативном восприятии человека отходят на второй план. Они окружают нас всегда, однако никто не задумывается о природе происхождения флоры и фауны. Целлюлоза, крахмал, лигнин, каучук, белки и нуклеиновые кислоты - основной материал, используемый природой для сотворения окружающего нас животного и растительного мира. И уж совсем никто не будет воспринимать как полимеры драгоценные камни, графит, слюду, песок и глину, стекло и цемент. Тем не менее, наукой установлен факт полимерного строения многих неорганических соединений, в том числе и перечисленных выше. Полимерные вещества состоят из макромолекул. При образовании полимеров большое число атомов или групп атомов связываются между собой химическими связями - ковалентными или координационными. Полимерные макромолекулы содержат десятки, сотни, тысячи или десятки тысяч атомов или повторяющихся элементарных звеньев. Сведения о полимерном строении были получены при исследовании свойств растворов, строения кристаллов, механических и физико-химических свойств неорганических веществ. В подтверждение вышесказанному следует отметить, что имеется достаточное количество научной литературы, подтверждающей факт полимерного строения некоторых неорганических веществ.
Логичным будет замечание: почему так много есть информации о синтетических органических полимерах и так мало о неорганических. Если есть неорганические полимерные вещества, то что конкретно они из себя представляют и где они используются? Выше были приведены несколько примеров неорганических полимеров. Это известные вещества, которые знают все, вот только мало кто знает, что эти вещества можно причислить к отряду полимеров. По большому счету обывателю все равно можно ли отнести графит к полимерам или нет, что касается драгоценных камней, то для кого-то это может быть даже оскорбительно, равнять дорогие украшения с дешевой пластмассовой бижутерией. Тем не менее, если есть основания называть некоторые неорганические вещества полимерами, то почему бы об этом не поговорить. Рассмотрим некоторых представителей таких материалов, остановимся более подробно на самых интересных.
Для синтеза неорганических полимеров чаще всего требуются очень чистые исходные вещества, а также высокие температура и давление. Основными способами их получения, как и органических полимеров, являются полимеризация, поликонденсация и поликоординация. К простейшим неорганическим полимерами относятся гомоцепные соединения, состоящие из цепей или каркасов, построенных из одинаковых атомов. Кроме известного всем углерода, являющегося основным элементом, участвующим в построении практически всех органических полимеров другие элементы тоже могут участвовать в построении макромолекул. К таким элементам относятся бор из третьей группы, кремний, германий и олово из четвертой группы, куда как раз входит и углерод, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут из пятой группы, сера, селен теллур из шестой. В основном гомоцепные полимеры, полученные на основе этих элементов, используются в электронике и оптике. Электронная промышленность развивается очень высокими темпами и спрос на синтетические кристаллы давно уже превышает предложение. Особо, все же, следует отметить углерод и неорганические полимеры которые получают на его основе: алмаз и графит. Графит, известный материал, который нашел применение в различных сферах промышленности. Из графита получают карандаши, электроды, тигли, краски, смазки. Тысячи тонн графита идут на нужды атомной промышленности благодаря его свойствам замедлять нейтроны. В статье мы остановимся подробнее на самих интересных представителях неорганических полимеров - драгоценных камнях.
Самым интересным, пафосным, любимым женщинами представителем неорганических полимеров являются алмазы. Алмазы - весьма дорогостоящие минералы, которые также можно отнести к неорганическим полимерам, в природе их добывают пять крупных компаний: «DeBeers», «Alrosa», «Leviev», «BHPBilliton», «RioTinto». Именно компания «DeBeers» создала репутацию этих камней. Искусный маркетинг сводится к слогану, « - это навсегда». «DeBeers» превратила этот камень в символ любви, благополучия, власти, успеха. Интересен тот факт, что алмазы в природе встречаются достаточно часто, например сапфиры и рубины, более редкие минералы, однако ценятся они ниже алмазов. Самое интересное это ситуация, которая сложилась на рынке природных алмазов. Дело в том, что существуют технологии, позволяющие получить синтетические алмазы. В 1954 году исследователь компании «General Electric» Трейси Холл изобрел аппарат, который позволял при давлении 100000 атмосфер и температуре свыше 2500ºС из сульфида железа получать кристаллы алмаза. Качество этих камней было с ювелирной точки зрения невысоко, однако твердость была такая же, как у природного камня. Изобретение Холла было усовершенствовано и в 1960 году «General Electric» создал установку, в которой можно было получать алмазы ювелирного качества. Негативным моментом было то, что цена синтетических камней была выше природных.
На данный момент существуют две технологии синтеза алмазов. Технология HPHT (high pressure/high temperature) - синтез алмазов в сочетании высокого давления и высокой температуры. Технология CVD (chemical vapor deposition) - технология химического осаждения пара, считается более прогрессивной и позволяет выращивать алмаз, как бы моделируя природные условия его роста. Обе технологии имеют достоинства и недостатки. Кампании их использующие решают недостатки технологий, применяя свои собственные изобретения и разработки. Например, еще в 1989 году группе советских ученых из Новосибирска удалось снизить давление синтеза до 60000 атмосфер. После распада Советского Союза разработки в области синтеза алмазов не были прекращены благодаря многим заграничным инвесторам, заинтересованным в получении технологии дешевого синтеза качественных драгоценных камней. Например, «DeBeers», дабы не потерять возможность контролировать рынок финансировала работы некоторых ученых. Некоторые частные предприниматели купили в России оборудование по синтезу алмазов, например процветающая сейчас американская компания «Gemesis» начала с того, что приобрела в России в 1996 году за 60000 долларов установку для выращивания алмазов. Сейчас «Gemesis» производит и продает алмазы редких цветов: желтые и синие, причем разница в цене между этими и точно такими же природными камнями достигает 75%.
Другая крупная компания, синтезирующая алмазы - «Apollo Diamond», совершенствует технологию HPHT, проводя синтез камней в газовой атмосфере определенного состава (технология-симбиоз HPHT и CVD). Такой метод выводит «Apollo Diamond» на рынок ювелирных камней при этом, качество синтетических алмазов, выращиваемых по такой технологии очень высоко. Геммотологам все труднее отличить синтетические камни от природных. Для этого требуется комплекс анализов, на достаточно сложном и дорогостоящем оборудовании. Синтетические ювелирные алмазы «Apollo Diamond» практически невозможно отличить от природных минералов стандартными методами анализа.
Мировая добыча алмазов составляет сейчас 115 миллионов карат или 23 тонны в год. Теоретически этот гигантский рынок может упасть при этом репутация алмазов как драгоценных камней будет потеряна навсегда. Фирмы-монополисты вкладывают средства в стабилизацию ситуации и контроль рынка. Например, проводятся дорогостоящие маркетинговые компании, скупаются патенты на технологии искусственного изготовления алмазов для того чтобы эти технологии никогда не были внедрены, на фирменные бриллианты выдаются сертификаты и паспорта качества, подтверждающие их природное происхождение. Но удержит ли это прогресс технологии синтеза?
Заговорив об алмазах, мы отвлеклись на блеск драгоценных камней ювелирной промышленности, но следует указать и на промышленные камни. В данном случае большинство предприятий, занимающихся выращиванием алмазов, работает в основном для нужд электронной и оптической промышленности. Рынок промышленных камней, возможно, не так интригует как рынок ювелирных, но, тем не менее, он огромен. Например, основной доход «Apollo Diamond» - синтез тонких алмазных дисков для полупроводников. Кстати, сейчас установку для синтеза алмазов производительностью порядка 200 кг алмазов в месяц можно приобрести за 30 тысяч долларов.
Другим представителем драгоценных камней является рубин. Первый синтетический рубин появился на свет в 1902 году. Его синтезировал французский инженер Вернейль, расплавив порошок окиси алюминия и хрома, который потом кристаллизовался в шестиграммовый рубин. Такая простота синтеза позволила относительно быстро развить промышленное производство рубинов по всему миру. Камень этот очень востребован. Ежегодно в мире добывают порядка 5 тонн рубинов, а потребности рынка исчисляются сотнями тонн. Рубины нужны часовой промышленности, нужны при производстве лазеров. Предложенная Вернейлем технология впоследствии дала предпосылки для синтеза сапфиров и гранатов. Наиболее крупные производства искусственных рубинов находятся во Франции, Швейцарии, Германии, Великобритании, США. Экономика производства такова. Львиную долю себестоимости съедают энергетические расходы. При этом себестоимость синтеза килограмма рубинов 60 долларов, себестоимость килограмма сапфиров - 200 долларов. Рентабельность такого бизнеса очень высока, так как закупочная цена на кристаллы минимум в два раза выше. Здесь следует учитывать ряд факторов, таких как тот, что чем больше выращиваемый монокристалл, тем себестоимость его ниже, также при производстве из кристаллов изделий, цена их будет намного выше, нежели цена продаваемых кристаллов (например, производство и реализация стекол). Что касается оборудования, то российские установки для выращивания кристаллов стоят около 50 тысяч долларов, западные на порядок дороже, при этом срок окупаемости организуемого производства в среднем составляет два года. Как уже говорилось потребности рынка в синтетических кристаллах коллосальны. Например, очень востребованы сапфировые стекла. В мире синтезируется порядка тысячи тонн сапфиров в год. Годовые потребности производства доходят до миллиона тонн!
Изумруды синтезируют исключительно для нужд ювелирной промышленности. В отличие от остальных кристаллов получают изумруд не из расплава, а из раствора борного агидрида при температуре 400оС и давлении 500 атмосфер в гидротермальной камере. Любопытно то, что добыча природного камня составляет всего 500 килограмм в год. Синтетические изумруды в мире производят также в не таком большом количестве, как остальные кристаллы, порядка тонны в год. Дело в том, что технология синтеза изумрудов малопроизводительна, однако рентабельность такого производства на высоте. Производя около 5 килограмм кристаллов в месяц при себестоимости 200 долларов за килограмм, цена продажи изумрудов синтетических практически равна цене природных. Стоимость установки для синтеза изумрудов составляет порядка 10 тысяч долларов.
Но самым востребованным синтетическим кристаллом является кремний. Пожалуй, он даст фору любому драгоценному камню. На данный момент кремний занимает 80% всего рынка синтетических кристаллов. Рынок испытывает дефицит кремния ввиду стремительного развития высоких технологий. На данный момент рентабельность производства кремния превышает 100%. Цена килограмма кремния составляет порядка 100 долларов за килограмм, при этом себестоимость синтеза достигает 25 долларов.
Сверхчистый кремний используется в качестве полупроводника. Из его кристаллов делают солнечные фотоэлементы, имеющие высокий коэффициент полезного действия. Кремний, как и углерод, может создавать длинные молекулярные цепи из своих атомов. Таким образом получают силан и каучук, обладающий удивительными свойствами. Несколько лет назад весь мир взбудоражило сообщение об опытах американского инженера Вальтера Роббса, которому удалось изготовить пленку из силиконовой резины толщиной 0,0025 сантиметра. Этой резиной он обтянул клетку, в которой жил хомяк, и опустил хомяка в аквариум. В течение нескольких часов первый в мире хомяк-подводник дышал кислородом, растворенным в воде, и был при этом бодр, не проявлял признаков беспокойства. Оказывается, пленка играет роль мембраны, выполняя те же функции, что и жабры у рыб. Пленка пропускает внутрь молекулы газа жизни, а углекислый газ при этом через пленку вытесняется наружу. Такое открытие делает возможным организацию жизни человека под водой отодвигая в сторону баллоны с дыхательной смесью и кислородные генераторы.
Кремний выпускается трех видов: кремний металлургический (MG), кремний для электронной промышленности (EG) и кремний для производства солнечных батарей (SG). Ввиду череды энергетических кризисов усиленно внедряются альтернативные технологии получения энергии. К таковым относится преобразование солнечной энергии в электрическую, то есть, использование солярных установок, работающих на солнечных батареях. Важной составляющей солнечных батарей является кремний. В Украине на Запорожском титаномагниевом комбинате производился кремний для солнечных батарей. При советском Союзе это предприятие давало 200 тонн кремния, при общесоюзном объеме производства 300 тонн. О том, как обстоит дело с производством кремния в Запорожье сейчас автору ничего неизвестно. Стоимость организации современного производства поликристаллического кремния для нужд энергетической промышленности мощностью 1000 тон в год составляет около 56 миллионов долларов. Синтез кремния для различных нужд во всем мире по востребованности занимает первое место и еще долго будет удерживать эти позиции.
В статье мы рассмотрели только некоторых представителей неорганических полимеров. Быть может многие вещи, рассказанные выше, для кого-то были восприняты с удивлением и неподдельным интересом. Кто-то по-новому взглянул на понятие философского камня, пусть не золото, но драгоценные камни из невзрачных оксидов металлов и других непримечательных веществ получать все-таки можно. Надеемся, что статья дала повод к размышлениям и как минимум развлекла читателя интересными фактами.
